磁驱动飞片的一维磁流体动力学数值研究

磁驱动高速飞片技术是近年来发展的一种新型实验技术,在冲击波物理领域得到应用。该过程伴随着磁场扩散,并由此引起焦耳加热,使得飞片加载面的相状态发生变化,这决定了飞片厚度的范围。基于拉格朗日坐标系,利用磁流体动力学方程组、电阻率方程和状态方程数据库,对磁驱动铝飞片进行了一维磁流体动力学数值计算,获得了不同时刻铝飞片密度、温度的剖面分布,得到了磁场扩散速率随加载电流密度的变化关系。文章所选取的电导率方程只考虑到汽化点为止,对于等离子体形成的过程无法描述,如果要精确描述更高电流密度下的驱动过程,需考虑更为普适的电导率方程。磁场扩散速率随加载电流密度的变化存在转折点,在转折点前后可分别用两个线性关系表达式加以刻画。利用这些关系和冲击波物理相关知识,对磁压加载等熵驱动飞片实验样品厚度的选择进行了研究。     

螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性

考虑入口气流压力损失和出口阻塞效应,建立了微间隙端面高速气体润滑密封分析数学模型,对螺旋槽端面微间隙高速气流润滑密封特性进行研究.重点分析了不同密封间隙、密封压力和转速等工况条件下,入口压力损失和出口阻塞效应对开启力、泄漏率及气膜刚度等密封特性参数的影响规律.结果表明:高速气体阻塞效应使出口压力高于环境压力,压力损失使入口气膜压力下降,导致泄漏率和气膜刚度明显下降,并使开启力增加.随着密封压力和密封间隙的增加,阻塞效应增强,导致泄漏率和气膜刚度显著降低.密封压力10 MPa时,泄漏率降低可达20%,气膜刚度的下降可达30%以上.     

高速飞行器壁板颤振的分析模型和分析方法

壁板颤振是壁板结构在高速气流中产生的一种自激振动,在超声速和高超声速飞行器上特别容易发生这种现象。壁板颤振引发的非线性振动将对高速飞行器结构的疲劳强度、飞行性能和飞行安全带来不利的影响。随着高速飞行器设计中各项研究工作的开展,壁板颤振问题受到了到越来越多的重视。本文阐述了目前国内外学者在高速飞行器壁板颤振分析领域的研究现状及壁板颤振研究中常用的六种分析模型,并根据壁板颤振分析中使用的结构理论和气动力理论,详述了这种分类的依据。文中还介绍了温度、气流偏角、壁板几何尺寸及边界条件对壁板颤振的影响规律和目前常用于分析壁板颤振问题的频域和时域方法,总结了各种分析方法的优缺点。最后归纳了目前在高速飞行器壁板颤振研究中得出的几个重要结论,提出了今后在高速飞行器壁板颤振研究中需要解决的若干问题。     

近空间高速飞行器气动特性研究与布局设计优化

高空高速飞行中的黏性干扰效应、真实气体效应和稀薄气体效应成为决定未来空天飞行器能否实现安全飞行、精确控制和制导的重大基础科学问题.介绍了黏性干扰效应、真实气体效应和稀薄气体效应对高空高速飞行器气动特性影响,回顾了飞行器气动布局设计优化的发展过程,给出典型高速高升阻比飞行器气动布局设计及优化的结果.      

网络爆轰驱动飞片的设计技术

提出使用炸药网络爆轰技术,设计了一种新型的低速飞片击靶加载装置,结合数值模拟和实验测 量,对驱动飞片的速度、平面性及装置结构参数进行了系统分析。实验结果表明,无氧铜飞片可以使直径 100mm、厚度3mm 的飞片在飞行距离2mm 内达到稳定的飞行状态,击靶速度在200~350m/s范围内连 续可调,飞片击靶平面范围大、速度均匀、平面性好,为实现低冲击应力的一维应变加载提供了参考。     

高速平面飞片诱导的甲烷热分解过程模拟

为了研究高速颊飞片诱导下甲烷气体的化学反应和热力学非平衡过程，首先利用冲击波间断关系和理想气体状态方程计算甲烷的冻结冲击波参数，然后以波后的压力和温度作为初始条件，作定压反应计算，由此给出波后非平衡区的温度化学成分随时间变化的模拟结果。计算表明，当飞片速度v≤3km/s时，受冲击加热的甲烷分解比例较小；当飞片速度壮大时，甲烷热分解的比例迅速增大，C2H2，C2H4等产物显著增多。这一结果与用40反应模型给出的一维无粘反应动力学的数值结果基本一致，而且能更好地描述甲烷冲击波后的非平衡过程。     

甲烷气体的一维冲击反应动力学数值模拟

在一维无粘流体反应动力学理论基础上,分别选用无化学反应,7组元17反应和13组元和40反应模型模拟了常温下压力为0．12MPa时甲烷气体受高速飞片撞击的冲击反应流动,给出了飞片速度为3－9km/s范围内共27个算例的数值结果。在相同的初始条件下,当飞片速度较低（如3km/s)时三种反应模型给出几乎相同的结果,计算与实验结果比较表明,在较高的飞片速度下,13组元40反应模型给出的数值结果与实验结果基本一致。     

长编组高速列车的列车风动模型实验研究

列车风是高速列车运行时诱导产生的气流流动,是列车空气动力学重要的研究内容和保证列车运行安全的重要方面.本文利用缩尺比例为1:8的八编组高速列车模型进行了列车风的动模型实验,测试了明线运行状态下列车周围的流动参数,突破了短编组列车风动模型测试所带来的局限性.列车风系综平均曲线和标准差曲线说明:列车头部会引起稳定的列车风,...     

高空高速飞行器气动特性研究

高空高速飞行中的黏性干扰效应、真实气体效应和稀薄气体效应成为决定未来空天飞行器能否实现安全飞行、精确控制和制导的重大基础科学问题, 必须发展相应的基础理论和研究方法.该文从计算方法、流动拓扑分析以及典型飞行器应用等方面介绍了作者所在研究团队近年来部分工作进展.      

60kJ高速电炮的装置性能

研制了具有较高驱动能力的100kV/60kJ高速电炮装置。性能实验结果表明,飞片的完整性和飞行平面度均较好,其中平面度优于42ns。该装置可将直径18mm、厚0.15mm的Mylar膜飞片(约53mg)加速到8.1km/s,将直径12mm、厚0.2mm的Mylar膜飞片(约32mg)加速到9.6km/s,表明该装置具有较高的加载能力。本项工作可为开展高应变率加载下的材料动力学响应及其他相关研究提供有效的加载手段。     

On the motion of flying plate under explosive attack

The one-dimensional problem of the motion of a rigid flying plate under explosive attack has an analytic solution only when the polytropic index of detonation products equals to three. In general, a numerical analysis is required. In this paper, however, by utilizing the weak shock behavior of the reflection shock in the explosive products, and applying the small parameter purterbation method, an analytic, first-order approximate solution is obtained for the problem of flying plate driven by various high explosives with polytropic indices other than but nearly equal to three. Final velocities of flying plate obtained agree very well with numerical results by computers. Thus an analytic formula with two parameters of high explosive (i.e. detonation velocity and polytropic index) for estimation of the velocity of flying plate is established.     

钨球对高硬度钢斜侵彻效应

为研究高硬度钢板抗不同着角钨球的侵彻性能及破坏模式,通过弹道枪进行了?8 mm、?11 mm钨合金球形破片以0°、20°、40°着角撞击厚度为6 mm、8 mm的高硬度钢板试验,得到了极限贯穿速度v₅₀;分析了钨球轴向径向变形及靶板失效模式与撞击速度的关系,发现高硬度钢板失效模式主要为压缩开坑破坏和沿厚度方向剪切破坏。采用有限元方法对试验进行了模拟,验证了数值模型及参数的合理性,并运用数值模拟方法研究了撞击着角对靶板吸能模式影响,结合试验数据,修正已有极限贯穿速度计算公式。结果表明:随侵彻着角增大,极限贯穿速度提高,且着角越大,极限贯穿速度增长越快;随着角增大,靶板吸能模式逐渐由压缩开坑向剪切冲塞过渡,且着角大于50°时,剪切冲塞耗能将超过压缩开坑耗能;修正后极限贯穿速度计算公式适用范围更广、精度更高,具有较好工程应用价值。     

平面金属飞层对碰区速度剖面的精密测试

采用线阵多普勒光纤探针测速技术（Doppler pins system,DPS）,对钨合金平面飞层对碰区速度剖面进行了精密测试研究,获得了4 mm长度范围内16个测点的速度-时间曲线。对速度曲线进一步处理后,给出了对碰区凸起轮廓发展演化过程、对碰区压力分布、材料表面是否发生破坏等丰富的实验参量和信息。实验结果表明,在本文实验装置构形下,冲击波对碰后发生规则反射,对碰后压力约为对碰前压力的2.5倍;冲击波对碰后的压力分布决定对碰区的凸起结构,钨合金飞层对碰区凸起为尖形结构。     

弹体高速侵彻混凝土质量侵蚀实验研究

为研究弹体高速侵彻混凝土过程中质量侵蚀规律及特性,开展了一系列实验研究,进行了不同速度(800～1500m/s)侵彻不同强度(C30～C80)混凝土试验,根据试验结果拟合出了既定材料弹体质量侵蚀同侵彻速度之间的对应关系。试验结果还表明:(1)对于该种材料弹体,当侵彻速度小于1200m/s时,弹体侵蚀量不仅同Vs2(动能)呈线性关系,也随混凝土强度的提高而增加;(2)对于材料为60Si2Mn的弹体,其理想侵彻速度为1100m/s～1200m/s之间;高于该速度,质量侵蚀严重,弹体侵彻能力急剧下降;(3)弹体质量侵蚀主要发生在头部,当侵彻速度较低时,磨损是导致弹体质量损失的主要因素;当侵彻速度逐步提高,超过某临界值时,熔融和磨损是导致弹体质量损失主导因素。     

A DAMAGE ACCUMULATING MODELING OF FAILURE WAVES IN GLASS UNDER HIGH VELOCITY IMPACT

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆａｉｌｕｒｅｗａｖｅｉｓａｓｐｅｃｉｆｉｃｆａｉｌｕｒｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｃｃｕｒｒｉｎｇｉｎｇｌａｓｓｍｅｄｉａｕｎｄｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔｒａｉｎｒａｔｅ (ｖ≥ 1 2ｋｍ/ｓ, ε≥ 1 0 5 /ｓ) .ＩｔｗａｓｆｉｒｓｔｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎＫ1 9ｇｌａｓｓｐｌａｎａｒｉｍｐａｃｔｔｅｓｔｓｉｎ 1 991ｂｙＲａｓｏｒｅｎｏｖ[1]ｔｈａｔｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓａｆａｉｌｕｒｅｌａｙｅｒｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇａｔａｌｏｗｅｒｓｐｅ…     

用平均速度剖面法测量壁湍流摩擦阻力

用IFA300恒温热线风速仪精细测量风洞中不同雷诺数流动条件下的平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面．利用平板湍流边界层近壁区域的对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体黏性系数等内尺度物理量的关系和壁面摩擦速度与壁面摩擦切应力的关系,在准确测量平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上,测量平板湍流边界层的壁面摩擦阻力．实现了平板湍流边界层壁面摩擦阻力的无干扰或微小干扰测量．该种方法操作简便,不需要在流场中安装测力天平、传感器等复杂的测量装置,不需要对湍流边界层的壁面进行破坏,不会影响湍流边界层壁面附近区域原有的流场条件,是一种切实可行的测量平板湍流边界层壁面摩擦阻力的简便方法．     

在两层不同爆速炸药滑移爆轰作用下飞板运动的数值计算研究

本文研究用低爆速炸药复盖高爆速炸药在定滑移爆轰作用下飞板运动的计算方法,并对惯性复盖与炸药复盖的结果作出相互比较。     

固体差动随行装药高初速火炮内弹道理论分析

提出了一种基于差动原理的固体差动随行装药的高初速火炮发射方案,该方案能有效克服传统随行装药技术提高初速必将伴随射弹底部最大压力增加的缺点。它的主要特点是运用差动原理,实现不同组合件之间的速度不同,自动压缩储能室使随行工质向弹后连续喷射,有效抑制和消除了弹丸运动引发的稀疏波影响,提高了火炮工作容积利用率。推导了差动随行组合弹丸不同组合件动力学模型,给出了弹载工质物理量分布关系式。计算结果表明,在最大膛压、飞行弹丸底部最大压力、弹重及弹丸行程等不变条件下,随行药量取10.2 kg,某大口径火炮的弹丸初速可提高26%,火炮工作容积利用率提高约44%。该方案可为火炮提高初速和实现超远程发射提供新的途径。     

泡沫铝在SHPB高温动态下的变形过程研究

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置研究轻质泡沫铝在动态压缩下的温度相关性,重点设计了一种基于SHPB的可视化高温炉,在此基础上通过高速摄影观测泡沫铝试件在高低温且动态压缩下的变形过程。动态加载下的实验结果表明：常温下,胞壁在变形过程中易于观察到屈曲失稳、撕裂、弯曲等现象,且在压缩的过程中碎片飞溅;高温下材料软化较明显,呈现出更多的塑性弯曲现象,但是屈曲失稳与撕裂的现象并不显著,变形过程中并无碎片产生。     

粉尘空气混合物层流燃烧速度的实验测定

给出了计算粉尘层流火焰速度的直接方法,此法简便易行,在粉尘浓度较低时,计算精度较高。实验结果表明:粉尘浓度对火焰传播速度和燃烧速度有很大的影响,粉尘浓度过大时,粒子运动轨迹就难观测,用直接法计算层流火焰速度的误差增大;管径大小也对燃烧速度有很大影响;小管径中的所得值比大管径中的所得值约低８％。