一个改进的电磁波传输激波管实验

在中国科学院力学研究所$varPhi $ 800 mm高温低密度激波管上进行电磁波在等离子体中传输机理研究时,低密度和强激波条件下,由于气体解离和电离等非平衡过程,使得激波后2区宽度显著减小;同时由于边界层效应造成激波衰减和接触面加速,使得激波后2区长度进一步减小.这两个效应导致激波管2区实验观测 时间减小,2区气体处于非平衡状态,增加了观察数据的不稳定性和数据分析的难度.本文提出在$varPhi 800 $ mm高温低密度激波 管中采用氩气(Ar)和空气(Air)混合气替代纯空气作为激波管实验介质气体.利用Ar不解离和难电离的特性,减小激波前后压缩比,从而 增加激波后2区实验时间和气体长度. 采用Langmuir 静电探针和微波透射诊断技术测量激波后电子密度,同时利用探针测量激波后2区实验时间.结果显示,在Ar+Air混合气实验中,激波波后电子密度可达与纯Air同样的10$^{13}$cm$^{ - 3}$量级.在与纯Air相同的电子密度和碰撞频率条件下,采用95%Ar+5%Air和90%Ar+10%Air两种混合气,激波后2区实验时间和气体长度约为纯Air条件下的5$sim $10倍,其中2区实验时间为300$sim $800 $mu$s,2区气体长度1$sim $1.5 m.在$varPhi $800 mm激波管中采用Ar+Air介质气体进行电磁波传输实验,获得了比在纯Air介质中与理论预测更一致的结果.     

活塞式无膜激波管特性的实验研究

本文在自行研制的无膜激波管中,实验研究了不同快速卸压装置对该激波管运行特性的影响。通过控制高压段充气压力和测量压力波形,得到了高低压段压比和激波马赫数的关系曲线以及在测压点处形成激波所需的最低压比。实验结果表明排气快慢对激波形成距离和所形成激波的强度产生很大的影响。对不同装置产生的结果差异进行了一定的分析。     

激波管与激波风洞的研制——俞鸿儒院士访谈录

激波管是实验室内产生激波的设备,大型激波风洞在空气动力学方面有广泛的应用. 俞鸿儒院士是我国最早研究激波管和激波风洞的科学家之一,参与并主持了激波管与激波风洞的研制. 本文通过访谈整理了激波管自动破膜,激波风洞氢氧燃烧和爆轰驱动技术的相关研究过程,并介绍了激波风洞研制过程中相关测试仪器的设计和改造情况.     

系列生物激波管的研制与应用

本文介绍了国内唯一的大、中、小系列生物激波管的研制和应用。大型总长39.0m,试验段内径1m,驱动段最大超压可达10.3MPa,利用其末端挡板反射稀疏波的运行而可产生负压。中型总长34.5m,驱动段最大超压为22MPa,试验段为组合式,内径77～60mm,可作超压、爆炸性减压和水下爆炸波等试验。小型总长0.5m,设计承压为68.6MPa。三种激波管均用双夹膜将驱动段与试验段分开。动物实验表明,此套装置可使大、小动物产生不同程度的全身或局部冲击伤,可满足冲击伤实验研究的需要。     

铝粉尘激波点火的实验研究

介绍了用铝粉氧化反应所生成的中间产物的特征光谱来测量铝粉尘受激波点火延迟的新的测量方法．测量了三种不同形状和粒度的铝粉尘激波点火延迟。由实验证实，当环境温度在Ａｌ２Ｏ３的熔点左右时，铝粒都可以被点火；由于机制的不同，点火延迟相差很大；点火延迟与铝粉颗粒的比表面积和活性铝的含量有关，而与环境的氧含量基本无关；但当氧含量小于１％时，铝粉尘不能被点火。     

抽吸激波管的性能分析与计算

为了减小由于反射激波和透射激波分叉引起的反射型激波风洞试验气体提前受到污染的现象,本文研究了一种新的具有抽吸的激波管流动,分析了抽吸缝的作用,给出了这种抽吸激波管性能参数的计算方法,同时还给出了反射激波与边界层相互作用引起的激波分叉的形状随抽吸量变化的计算公式。实验证实了边界层抽吸可以有效地减小激波与壁面边界层相互作用所产生的分离现象。计算与测量结果是一致的。     

气相爆轰激波管实验研究综述

在广泛调研国内外利用激波管进行气相爆轰基础实验研究的基础上,从宏观和微观两方面归纳总结了气相爆轰基础研究的内容。宏观方面主要研究气相爆轰在光滑直管道中或非理想条件下的传播规律;微观方面主要运用谱仪技术与化学反应动力学相结合的方法,研究气相爆轰激励下,含能材料发生快速反应的微观机理。文中调研和总结的研究方法和技术,可为利用激波管开展气相爆轰基础研究提供参考。     

激波与涡对相互作用的实验研究

在方截面激波管中进行了平面运动激波和涡对的二维相互作用实验,研究了激波与同向涡对、激波与反向涡对相互作用的非定常过程．根据实验照片,分析讨论了作用过程中激波的变形,二次激波和三波点的形成、演变,激波与激波的相互作用,以及旋涡结构的变化等．实验表明,激波通过涡核时,激波发生剧烈变形,旋涡强度增大,涡核形状改变．     

激波管中实验模拟爆炸波对水汽作用的研究

利用激波管中波系间的相互干扰,实验模拟了爆炸波对水汽的作用,并通过光学测试方法,对水汽同质核化、凝结非定常瞬态变化过程进行了测定．结果表明：在爆炸波强度较弱时,水汽不发生凝结;而在一定强度爆炸波后的非定常流场中,水汽会发生同质核化、凝结．这说明较强爆炸波后的绝热冷却过程可以使水汽发生相变     

JP-10裂解的激波管实验与动力学模拟

利用单脉冲激波管对碳氢燃料JP-10在1150~1300K条件下的高温热裂解特性进行了实验研究,采用气相色谱法分析热裂解产物并获得了热裂解速率系数.主要裂解产物有乙烯、乙炔、丙烯、丁烯、1,3-丁二烯、环戊二烯、环戊烯、苯、甲苯,以及少量的甲烷、乙烷、二甲苯和甲基环戊烯.将每次激波管实验后所有产物浓度累加, JP-10裂解速率系数由实验测定.为了消除激波运行中非理想性和边界层效应导致反应温度确定的误差,采用对比速率法确定裂解温度,即在反应物中加入少量热解速率已知的内标物,根据内标物在相同的激波管实验条件下的裂解程度确定反应温度.根据内标物裂解量确定的激波管裂解反应温度通常小于采用传统测量激波速度由激波关系计算的反射激波后5区温度.在1200~1300K之间两种方法得到的温度吻合得较好,差异在20K以内,随着温度升高,两者差异增大.在实验研究的基础上,依据San Diego Mechanism对JP-10高温裂解过程进行了动力学模拟.结果显示：主要裂解产物中乙烯、乙炔和1,3-丁二烯产量随温度变化的实验值与San Diego Mechanism的模拟结果有很好的一致性,但环戊烯产量的实验值比模拟值高很多,预示JP-10裂解中完全开环和部分开环反应都是重要的裂解通道.     

An investigation of electromagnetic wave propagation in plasma by shock tube

This paper presents the electromagnetic wave propagation characteristics in plasma and the attenuation coefficients of the microwave in terms of the parameters he, v, w, L, wb. The φ800 mm high temperature shock tube has been used to produce a uniform plasma. In order to get the attenuation of the electromagnetic wave through the plasma behind a shock wave, the microwave transmission has been used to measure the relative change of the wave power. The working frequency is f = (2-35)GHz (ω=2πf, wave length A =15cm-8mm). The electron density in the plasma is ne = (3×10^10-1×10^14) cm^-3. The collision frequency v = (1×10^8-6×10^10) Hz. The thickness of the plasma layer L = (2-80)cm. The electron circular frequency ωb=eBo/me, magnetic flux density B0 = (0-0.84)T. The experimental results show that when the plasma layer is thick (such as L/λ≥10), the correlation between the attenuation coefficients of the electromagnetic waves and the parameters ne,v,ω, L determined from the measurements are in good agreement with the theoretical predictions of electromagnetic wave propagations in the uniform infinite plasma. When the plasma layer is thin (such as when both L and A are of the same order), the theoretical results are only in a qualitative agreement with the experimental observations in the present parameter range, but the formula of the electromagnetic wave propagation theory in an uniform infinite plasma can not be used for quantitative computations of the correlation between the attenuation coefficients and the parameters ne,v,ω, L. In fact, if ω<ωp, v^2<<ω^2, the power attenuations K of the electromagnetic waves obtained from the measurements in the thin-layer plasma are much smaller than those of the theoretical predictions. On the other hand, if ω>ωp, v^2<<ω^2 (just v≈f), the measurements are much larger than the theoretical results. Also, we have measured the electromagnetic wave power attenuation value under the magnetic field and without a magnetic field. The result indicates that the value measured under the magnetic field shows a distinct improvement.     

超高速碰撞2024-T4铝靶产生的膨胀等离子体云的电磁特性

针对超高速碰撞产生的瞬态等离子体的特点,利用建立的扫描朗缪尔探针、朗缪尔三探针诊断系 统及线圈系统,测量了超高速碰撞喷出物产生的膨胀等离子体云中等离子体的特征参量和磁感应强度。在传 感器布局和方位角固定的前提下,进行了2种碰撞速度、相同入射角度条件下2024-T4铝弹丸超高速碰撞 2024-T4铝靶产生的膨胀等离子体云电磁特性的实验室测量。实验结果表明,碰撞产生的等离子体的平均电 子温度为0.4~0.9eV,电子密度在1012cm-3量级,线圈的磁感应强度幅值为10~20nT 。通过数据处理,获 得了2种实验条件下整个物理过程在给定探针、线圈位置处等离子体的电子温度、电子密度和磁感应强度与 碰撞速度的关系,并对扫描朗缪尔探针和朗缪尔三探针的测量结果进行了比较。     

声振耦合分析在冲击波测量中的应用

为了高精度地测量空气冲击波形,采用声振耦合分析对该测量系统的频响特性进行了理论计算,并在激波管中进行了动态响应实验。通过上述研究,得出了探头在3个不同量程时的适宜阻尼孔径。结果表明,探头的阻尼孔直径和波形上升时间的计算值与实验值都是基本符合的,并且该测量系统在强爆炸中测得的冲击波压力波形也具有良好的频响特性。     

超高速碰撞LY12铝靶产生等离子体的电子温度诊断

为了诊断超高速碰撞过程中产生等离子体的电子温度,进而研究不同碰撞速度、相同入射角度（弹道与靶板平面的夹角）下超高速碰撞产生瞬态等离子体在整个物理过程的电子温度随时间的演化规律,设计了适用于瞬态等离子体诊断的扫描Langmuir探针诊断系统。通过二级轻气炮加载LY12球形铝弹丸,运用设计的扫描Langmuir探针诊断系统分别进行了入射角度为30、不同碰撞速度下碰撞LY12铝靶产生等离子体的实验诊断。获得了整个物理过程在给定探针位置处等离子体的电子温度与碰撞速度的关系。     

激波在平板上诱导的旋涡强度的测量

运动激波通过两个等攻角平板后诱导出两个同向旋转的旋涡,这两个旋涡在随当地气流向下游运动的同时,绕涡核连线中心旋转。本文通过测量涡对的转动角度速度,获得了每个旋涡的强度。实验结果表明,由此测得的旋涡强度不同用于小攻角平板起动涡公式计算了起动涡强度。     

Instability theory of shock wave in a shock tube

The instability theory of shock wave in a shock tube including the effects of tube wall and contact surface is studied. The experimental data of unstable shock wave coincide with one of instability criteria derived in the present paper.     

Characteristics of an annular vertical diaphragmless shock tube

Abstract. This paper reports on the characteristics of a compact vertical diaphragmless shock tube, which was constructed and tested in the Shock Wave Research Center to study experimentally the behavior of toroidal shock waves. It is 1.15 m in height and has a self-sustained co-axial vertical structure consisting of a 100 mm i.d. outer tube and an 80 mm o.d. inner tube. To create a ring shaped shock wave between the inner and outer tubes, a rubber sheet is inserted to separate a high pressure driver gas from a test gas, which is bulged with auxiliary high pressure helium from the behind. When the rubber membrane is contracted by the sudden release of the auxiliary gas so as to break the seal, shock waves are formed. Special design features of the shock tube are described and their role in producing repeatable shock waves is discussed. Its special opening characteristics make possible the production of annular shaped shock waves that are unlikely met with a conventional tube that uses rupturing diaphragms. Performance of the shock tube is evaluated in terms of the shock wave Mach numbers and the measured flow properties. It eventually showed a higher degree of repeatability and the scatter in the shock wave Mach numbers Ms was found to be 0.2% for Ms ranging from 1.1 to 1.8. The shock wave Mach number so far measured agreed very well with the simple shock tube theory. Received 3 February 1999 / Accepted 6 April 2000     

探索发展激波风洞爆轰驱动技术

发现了燃烧驱动激波管中入射激波马赫数异常升高的起因. 实验显示爆轰驱动能力强于燃烧驱动, 从而推动爆轰驱动技术的发展. 采用卸爆管消除爆轰波反射高压以及双爆轰驱动段全部消除爆轰波后的Taylor稀疏波, 使反向和前向爆轰驱动模式具有实用价值. 反向爆轰驱动技术还成功用来延长激波风洞试验时间.      

Controlling the form of strong converging shocks by means of disturbances

The influence of artificial disturbances on the behavior of strong converging cylindrical shocks is investigated experimentally and numerically. Ring-shaped shocks, generated in an annular cross sectional shock tube are transformed to converging cylindrical shocks in a thin cylindrical test section, mounted at the rear end of the shock tube. The converging cylindrical shocks are perturbed by small cylinders placed at different locations and in various patterns in the test section. Their influence on the shock convergence and reflection process is investigated. It is found that disturbances arranged in a symmetrical pattern will produce a symmetrical deformation of the converging shockfront. For example, a square formation produces a square-like shock and an octagon formation a shock with an octagonal front. This introduces an alternative way of tailoring the form of a converging shock, instead of using a specific form of a reflector boundary. The influence of disturbances arranged in non-symmetric patterns on the shape of the shockfront is also investigated.