超声速气流中的爆震推进理论与研究进展

爆震燃烧近似为等容燃烧,理论上其热循环效率高于基于等压燃烧的爆燃燃烧,在超声速推进系统中具有潜在的应用价值.通过总结超声速气流中的爆震推进理论与研究进展,分析其需要解决的关键科学与技术问题,指导未来高超声速发动机的基础研究.文章重点总结了适用于高超声速飞行的斜爆震发动机、超声速脉冲爆震冲压发动机的基础研究进展.其中对斜爆震发动机的应用模式、相关实验研究思路及方法、数值仿真现状进行了总结分析.对超声速脉冲爆震冲压发动机的基础理论研究现状和目前研究的难点进行了梳理.基于爆震燃烧的超燃冲压发动机具有推进系统自增压、燃烧效率高、推力性能好、推进效率高、燃烧室长度短、结构重量轻等优势,文章总结了该发动机当前的发展进程和最新的研究进展,并对其未来的发展方向以及存在的技术问题进行了分析.      

合成双射流控制机翼水滴撞击特性

在低速来流条件下,针对前缘位置嵌有合成射流/合成双射流激励器的机翼的水滴撞击特性开展了数值模拟研究,基于Fluent软件,采用Euler气液两相模型和欧拉壁面液膜（Eulerian wall film,EWF）模型,得到的计算结果表明:在合成射流或合成双射流的主动控制下,阻挡了机翼前缘等积冰重点防护区域内的水滴撞击,从而大幅降低了该区域的结冰强度.其机理是:在高频合成射流的作用下,机翼前缘上游附近形成了一对稳定的闭合回流区,形成了水滴的"真空区域".由于回流区内部水滴速度和质量分数较低,改变了机翼前缘水滴运动轨迹和水滴收集率分布,能够减少机翼前缘结冰程度并改变冰形,起到了虚拟气动外形的作用.      

采用超连续谱激光的双光束光纤光阱实验

以超连续谱激光器作为捕获光源,首次提出并搭建了超连续谱双光束光纤光阱实验系统,实现了聚苯乙烯微球的捕获和操控。通过改变光纤端面间隔和调整捕获光功率的方式精确控制微球的位置,采用CCD图像分析方法实现了微球位置的精确测量。对微球受限布朗运动下的位置变化进行傅里叶变换,计算得到功率谱,与理论功率谱函数拟合后求出了其光阱刚度。结果表明,捕获光束的功率为28 mW时,光阱刚度达到1.3×10-6N/m,高于相同实验条件下单波长光纤光阱的刚度。与传统采用单色光作为捕获光源的光镊系统不同,超连续谱双光束光阱系统利用其宽谱优势,通过研究被捕获微粒的散射光谱信息可获取其尺寸、折射率等物理特征参数。     

超临界压力煤油传热不稳定实验研究

在压力2.5~4 MPa, 质量流量0.7~1.7g/s, 入口温度20~250 ℃的实验条件下, 对煤油在内径1 mm, 长度300 mm竖直上升圆管中的流动及传热不稳定现象进行了实验研究.结果表明, 当热流密度增大到一定程度后, 传热不稳定开始发生.不稳定发生的起始热流密度随压力和流量的增加而增大, 随入口油温的升高而减小, 且当入口油温升高到一定程度后无不稳定现象发生.不稳定发生的初始时刻, 出口油温迅速增加, 管道壁温明显下降, 传热系数增大; 实验段局部流速增大, 进而在管道内部形成压力脉动并产生声音.不稳定结束后, 出口油温几乎保持不变, 壁温会缓慢增加, 直至下一次不稳定发生.      

狙击步枪瞄准线偏差测量与电击发控制研究

为了测量智能瞄具狙击步枪系统瞄准线偏差,控制击发时机并提高射击精度,提出了滤波加权融合方法与线性预测击发判据。运用卡尔曼预测滤波对脱靶量滞后进行补偿,得出瞄准线偏差; 将陀螺数据滤波后积分得出另一瞄准线偏差; 根据加权融合算法,得到加权融合后瞄准线偏差。建立了基于陀螺信号、融合信号和电动击发装置特性的线性预测击发判据; 搭建了dSPACE实验测试系统,进行了瞄准线偏差测量实验和模拟对比射击实验,结果表明:滤波加权融合后的信号基本可表示瞄准线实际偏差;在滤波加权融合方法与线性预测击发判据条件下模拟射击时,弹着点分布在0.05 mrad圆内的概率为85.7%,高于简单控制击发模式下53.33%的概率。     

基于双向偏振态激光诱导荧光方法的离子速度分布函数测量

为了评估利用发散磁场构型双电层效应的紧凑式螺旋波等离子体推力器的离子加速效果,探索了一种双向偏振态激光诱导荧光测量方法来对螺旋波等离子体源近出口端的离子速度分布函数进行测量。实验中采用Ar作为螺旋波等离子体源工质,中心波长为611.662 nm的激光以轴向方式注入等离子体,以激励一价Ar离子获得波长为461.086 nm的诱导荧光光谱。为了消除磁化等离子体中逆塞曼效应对激光诱导荧光光谱带来的分裂影响,通过四分之一波片将入射激光分别调制为左旋和右旋圆偏振态,并对其诱导光谱进行了分别测量,结果发现不同磁场强度下两次测量结果的偏移值与理论高度吻合,证明了双向偏振态激光诱导荧光测量方法的理论可行性。进一步,采用高斯型滤波器反卷积算法从测量光谱中去除自然展宽和能量饱和效应,再通过对两次相反偏振态测量结果进行平移处理消除逆塞曼效应,从而分离得到实际的多普勒效应。测量了射频能量600 W,不同轴向位置、磁场大小以及气体压力下的螺旋波Ar等离子体激光诱导荧光光谱,结果表明在该实验条件下离子并没有因双电层效应而达到期望值的加速效果,离子速度的形成可能只是一种磁约束作用下的双极电场所导致,并不能产生好的推力性能。     

夹芯板结构局部压入力学响应研究

利用材料试验机(MTS)实验研究了复合材料面板、闭孔泡沫铝芯层夹芯板结构在准静态压入时的变形和破坏特征。实验结果表明,夹芯板的破坏主要集中在压头作用的局部区域内;同时,根据最小势能原理建立了泡沫铝夹芯板在半球形压头作用下的压入力学响应理论预测模型。通过引入无量纲参数分析了夹芯板压入载荷-位移响应,并在不同面板厚度、芯层厚度和芯层相对密度情况下,对夹芯板压入响应理论解的有效性和适用性进行了讨论。     

脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究

脉冲等离子体推力器(pulsed plasma thruster, PPT)具有体积小、重量轻、比冲高等优点,特别适合作为执行微小卫星轨道转移、阻力补偿和姿态控制等任务的推进系统。为了深入理解PPT推力产生的机理,本文对采用具有张角的舌型极板的尾部馈送式PPT等离子体羽流开展了时空分辨光谱诊断研究。通过对光谱数据的分析发现： 等离子体羽流的主要成分为C,F,C+,F+,C2+,还含有少量的由于极板烧蚀产生的Cu+和Cu2+;等离子体在放电通道内的分布不均匀,通道中心的等离子体浓度最大,靠近阳极板的等离子浓度要明显大于靠近阴极板的等离子体浓度;在不同位置处等离子体成分也具有较大差别,F+和中性粒子主要分布在靠近阳极侧的区域;通过对各个分立谱线进行多普勒线性拟合,得到了放电通道内等离子体温度信息;以中轴线靠近工质的观测点为例,对该点在整个放电过程中不同时刻的谱线进行分析,得到了该点等离子体的具体演化过程,发现在放电的不同阶段羽流成分及各组分所占比例差别较大。     

基于V型腔光反馈法的半导体激光器线宽压窄和频率锁定初步研究

线宽压窄和频率锁定是提高激光器（特别是半导体激光器）性能的重要手段。在理论分析光反馈时的半导体激光器线宽压窄和频率锁定机理的基础上,建立了一套基于高品质V型光学谐振腔的半导体激光器线宽压窄实验系统,并利用该系统开展了初步实验研究。通过对比无有光反馈情况下的V型腔的透射光扫描线形,初步验证了V型腔用于半导体激光器线宽压窄和频率锁定的可行性,为后续研究奠定了基础。     

嫦娥一号月面成像的高精度匹配及月貌三维重建

针对嫦娥一号探月卫星2C级月面成像,提出了基于待配点最优模板选择的二次函数形变补偿迭代匹配方法。仿真表明它能有效地适应地形起伏引起的图像形变,匹配精度较高且稳定性好。在标准相关匹配的基础上结合所提出的方法完成了下视图与前、后视图的精确匹配,采用三视约束机制和顺序检验机制保证了匹配的稳健性。分析了线阵相机成像的仿射近似模型,并以此为基础实现同轨三视重建。基于邻轨下视图同名特征点,采用RANSAC方法估计邻轨三维坐标转换参数,完成邻轨拼接。实验结果表明,三维重建的月貌图能够更好地表达月球表面的形状和地形。