激波风洞中物体表面压力分布测量

本文介绍了激波风洞中模型表面压力分布测量工作中所碰到的有关技术问题。 文中用毛主席的《实践论》为指号,以我们实际工作中所碰到的问题为线索,以通俗的形式重点介绍了压电式压力传感器如何提高灵敏度和抗干扰的能力,制造中的有关技术,以及所配用的小型放大线路和传感器的标定技术,并给出了实验结果。文末对传感器的测量误差进行了分析和估计,并指出了进一步改进的问题。     

用PVDF实时测量激光诱导的冲击波压力

本文用自己研制的ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｅｎｙｌｉｄｅｎｆｌｕｏｒｉｄｅ）压电传感器测量了０．２ｍｍ厚铝和２．０８ｍｍ厚Ｔ３００／环氧复合材料中激光诱导的冲击波压力，首次获得了这些材料中激光冲击波压力的时间演化波形。实验在中国科大强激光实验室的ＹＡＧ脉冲激光器上进行，激光波长１．０６μｍ，脉宽３３ｎｓ，靶面平均功率密度为１０９Ｗ／ｃｍ２量级。从所得数据估计了表面入射压力，其值与已有结果符合良好。实验结果证实，ＰＶＤＦ压电传感器频响高，量程宽，多次使用重复性好，可有效应用于激光冲击波压力的实时测量     

基于激光干涉测量的液体高脉冲压力校准

针对压电式高压传感器等的幅值灵敏度脉冲压力校准中的量值溯源问题,将一种基于牛顿第二定律的液体脉冲压力激光干涉测量方法用于落锤式液体高脉冲压力校准装置。通过质量块的动力学建模以及激光干涉测量质量块的加速度,得到脉冲压力幅值大小,使脉冲压力幅值能溯源到时间、长度与质量等基本量。通过对压力和加速度分布不均、摩擦力等影响进行理论与实验分析,压电式压力传感器幅值灵敏度校准不确定度得到了完整评估。激光干涉法液体脉冲压力校准装置压力幅值覆盖（10~500）MPa,扩展不确定度在1.8%以内。     

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。     

激波管中强激波的前驱真空紫外辐射

在Φ800毫米的低密度激波管的中轴上用钼靶探测入射强激波前发射的真空紫外光子,研究了以下三个问题。(1)研究了真空紫外光子的通量密度随波前距离的关系,建立了一个考虑到有限的激波发射层尺度和波前气体吸收的模型,得到了与实测前驱辐射一致的结果。(2)研究了氩气中强激波真空紫外辐射的激发机制,指出它属于非平衡共振激发辐射,其激发截面系数S~*=1.2×10~(-17)厘米~2·电子伏~(-1),激活能为11.4电子伏。(3)研究了空气中氮分子b′~1∑→X~(1∑)辐射的激发机制,指出只是在激波面很薄的一层中能够激发这一辐射,辐射是非平衡的,其激发截面Q~*=2×10~(16)厘米~2,其激活能为12.1电子伏。     

纳米示踪平面激光散射技术在激波复杂流场测量中的应用

在激波以及激波边界层相互作用这类含激波的复杂流场中,流场结构具有明显的三维特征.研究这类流场,采用纹影、阴影和干涉等传统流动显示技术空间分辨率较低,难以分辨流场的三维特性.基于纳米示踪的平面激光散射技术(nano-tracer planar laser scattering,NPLS),是作者近年来开发的一种新的研究超声速流场的测试与显示技术,可对超声速复杂三维流场进行高时空分辨率流动显示与测量.NPLS技术的特点使其成为测量激波复杂流场的有力手段.近年来,作者以NPLS技术为主要手段,对航空航天领域典型的激波复杂流场进行了试验研究,包括超声速弹头绕流、超声速混合层、超声速边界层,以及激波边界层相互作用流场,显示出NPLS技术在激波复杂流场精细测试与流动显示中优势.本文简要介绍NPLS技术在激波复杂流场测量中应用的研究进展.      

PVDF压力传感器标定及在激光推进实验中的应用

详细介绍了PVDF压力传感器的设计方法和2个等效测量电路.利用SHPB系统对PVDF压力传感器的动态灵敏度进行了标定,结果显示,不同并联电阻对于PVDF压力传感器动态灵敏度的影响不大,但对脉冲推力上升时间的测量结果有影响,选择较小的并联电阻可以获得更逼真的测试信号.     

强短激光脉冲和物质的相互作用及其应用

叙述了强短激光脉冲照射到物质表面后和原子的相互作用及其性质。由这些性质产生的一系列现象可应用于凝聚态物理，激光倍频、医学、聚变、加速粒子和爆轰物理等方面．     

脉冲激光等离子体与正激波相互作用的PIV实验研究

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.     

用在激波管风洞光学测量中的氩离子激光光源

本文报告了用在激波管风洞中光学测量用的,高重复频率短脉冲,A_r~+激光光源的研制结果。把激光调制成一组高频短脉冲的光脉冲组输出,是采用了高频脉冲电流组驱动A_r~+激光器的方法。这台光源用来作为激波管风洞中光学显示仪器(阴影仪、纹影仪)的光源,提高了仪器的灵敏度,同时也是干涉仪用的良好的光源。此外还可用来作为模型自由飞测力和动导数量用的闪光光源。其性能如下。发光器件:A_r~+缴光器; 光谱范围:4880A°、5145A°等六条谱线; 工作频率:1千赫/秒——5千赫/秒;或单次光脉冲输出; 组脉冲宽度:10毫秒左右(易于任意调节); 单脉冲宽度:约5微秒; 光脉冲能量:单个光脉冲光能,足使24°定胶片在φ20mm的面积上感光黑度大于1.0以上。本文报告的电源系统,除了可以驱动离子缴光器以外,还可以用来直接驱动脉冲氙灯、氪灯等光源,其最高重复频率也达5千赫/秒,单脉冲宽度也在微秒的量级。这样就提供了一个大面积高速摄影用的频闪照明光源,其用途就更加广泛了。文中提供了有关光源性能的测试的示波照片,以及在激波管风洞中应用,拍摄的流场显示照片和模型自由飞的轨迹照片共14幅。提供了调制驱动电源的线路设计图和有关电路图。      

MGFM在强激波与物质界面作用中的应用

原始的虚拟流方法(GFM)在计算强激波和物质界面作用时无法得到正确的计算结果,而改进虚拟流方法(MGFM)处理这类问题的能力大大提高.本文用Level set捕获物质界面,用MGFM方法定义虚拟流节点参数,Euler方程采用HLLC格式离散求解,完成了强激波和物质界面作用的一维和二维数值实验.结果表明改进虚拟流方法在强激波与物质界面作用中的应用是成功的.     

空气中平面激波同圆柱的非定常干涉

平面激波在圆柱上的反射与绕射是目前国内外研究激波非线性复杂现象的典型课題。近年来,Takayama(1987)在入射激波马赫数M_i=1.3及2.6的条件下,得到了在圆柱周围的激波绕射与反射的光测实验结果。众所周知,激波在圆柱上的反射与绕射是一非定常现象,为了了解和分析整个非定常过程的发展和变化,应得到圆柱后较远区域的结果。本文利用两次曝光全息激光干涉仪不仅得到了圆柱周围的波系图案,而且也得到了激波脱离圆柱后驻点后约10倍圆柱直径的范围内的流动形态。同时也给出了不同M_i条件下的三波点轨迹和入射激波与反射激波之间夹角ω随距离变化的实验结果。     

用3cm微波透射仪测量强激波后的电子密度

本文介绍了3cm微波透射仪用来测量激波管中电子密度的工作原理,给出了φ800mm激波管中电子密度随M数的变化规律,测量数据与其他测量方法所得结果是一致的,与理论计算的预计也是一致的。     

脉冲激光与正激波相互作用过程和减阻机理的实验研究

纳秒脉冲激光具有峰值功率密度高、易于击穿空气形成等离子体这一突出优势,在降低超声速波阻方面具有重要应用价值.以深刻揭示减阻机理为目的,针对激光与正激波相互作用这一基本物理现象开展实验研究.发展高精度纹影技术以测量复杂激波结构,时间分辨率达到30 ns,空间分辨率达到1 mm;搭建快速PIV实验系统以定量测量流场速度和涡量,时间分辨率达到500 ns.探明了激光等离子体引致的球面激波和高温低密度区域特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并结合数值模拟结果阐明了脉冲激光等离子体降低超声速波阻的根本原因.研究表明:激光等离子体引致激波的初始马赫数随着激光能量而增大,形状由水滴形逐渐发展为球面形,传播速度随着时间降低,在50μs后接近于声速;高温低密度区域初始近似于球形,而后从激光入射方向的下游开始失稳,形成尖刺结构;在正激波冲击下,高温低密度区域演化为上下对称的双涡环结构,尺寸随着激光能量而增大.涡的卷吸和逆流可改变飞行器头部激波结构,是流场重构的重要形式,引起飞行器表面压力的大幅降低,是引起超声速飞行器波阻降低的重要机理.     

脉冲激光与正激波相互作用过程和减阻机理的实验研究

纳秒脉冲激光具有峰值功率密度高、易于击穿空气形成等离子体这一突出优势,在降低超声速波阻方面具有重要应用价值.以深刻揭示减阻机理为目的,针对激光与正激波相互作用这一基本物理现象开展实验研究.发展高精度纹影技术以测量复杂激波结构,时间分辨率达到 30ns,空间分辨率达到 1mm;搭建快速~PIV 实验系统以定量测量流场速度和涡量,时间分辨率达到 500ns.探明了激光等离子体引致的球面激波和高温低密度区域特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并结合数值模拟结果阐明了脉冲激光等离子体降低超声速波阻的根本原因.研究表明:激光等离子体引致激波的初始马赫数随着激光能量而增大,形状由水滴形逐渐发展为球面形,传播速度随着时间降低,在50$\mu$s 后接近于声速;高温低密度区域初始近似于球形,而后从激光入射方向的下游开始失稳,形成尖刺结构;在正激波冲击下,高温低密度区域演化为上下对称的双涡环结构,尺寸随着激光能量而增大.涡的卷吸和逆流可改变飞行器头部激波结构,是流场重构的重要形式,引起飞行器表面压力的大幅降低,是引起超声速飞行器波阻降低的重要机理.      

平晶型激光错位干涉仪及其在流场测量中的应用

仪器的原理是将一束激光经扩束后通过被测系统,然后在平晶前后表面反射而获得干涉图.仪器防振性能好,可以方便地对横向与纵向尺寸都较大的流场进行测量,光源亮度高,结构简单,调整使用方便,有希望在流场测量特别是超声速流场测量中获得广泛的应用.     

激光脉冲在固体中激励超声波的研究

本文讨论了由激光脉冲轰击试件表面，产生超声位移场的准点源理论模型；给出了用ＰＺＴ换能器接收超声波形以及检测人工缺陷的实验结果。     

1GPa压力脉冲发生器的研究及锰铜压阻技术在低压宽脉冲测量中的应用

本文阐述了新研究的一种在甘油介质中可产生0～1 GPa 压力宽脉冲的加载装置,以及用于该装置测量的相应锰铜计测试系统。同时对锰铜计在1 GPa以下的压阻系数进行了动态标定。实验结果表明,所研制的装置可产生脉宽10微秒以内,压力脉值为0～1 GPa的脉冲,与理论设计基本相符。     

1GPa压力脉冲发生器的研究及锰铜压阻技术在低压宽脉冲测量中的应用

本文阐述了新研究的一种在甘油介质中可产生0～1 GPa 压力宽脉冲的加载装置,以及用于该装置测量的相应锰铜计测试系统。同时对锰铜计在1 GPa以下的压阻系数进行了动态标定。实验结果表明,所研制的装置可产生脉宽10微秒以内,压力脉值为0～1 GPa的脉冲,与理论设计基本相符。     

一个测量气炮弹丸速度的激光测量装置

研制了一种测量气炮弹丸飞行速度的测速装置。此种方法属非接触测量,不干扰试件。测量精度优于千分之五,测速范围从每秒几米到每秒一千四百米。该系统操作简单、稳定可靠。