方孔障碍物对瓦斯火焰传播影响的实验与大涡模拟

为揭示置障管道内甲烷/空气预混火焰传播特性,运用高速摄影技术对甲烷/空气预混火焰的形状变化和火焰前锋的速度特性进行实验,并利用大涡模拟对管道内的流场结构进行数值分析。结果表明:置障管道内依次出现了球形火焰、指尖形火焰及“蘑菇”状火焰,且“蘑菇”状火焰出现之后,火焰开始反向传播;“蘑菇”状火焰是双涡旋结构与火焰前锋面相互作用的结果,而火焰的反向传播是由流场中出现逆流结构引起的;障碍物对火焰前锋有明显的加速作用;大涡模拟成功再现了实验中观察到的火焰形状、火焰前锋速度及流场结构,说明大涡模拟适用于置障管道内预混火焰传播特性的研究。     

密封环挠性安装形式对干气密封动态追随性的影响

基于气体润滑理论,并通过小扰动法建立了螺旋槽干气密封微扰膜压控制方程,在高速高压条件下获得了气膜动态特性系数;基于动力学相关知识,在考虑转轴轴向振动的情况下,利用气膜轴向动态刚度和阻尼系数分别求解了静环挠性安装、动环挠性安装和两环均挠性安装的干气密封挠性环运动方程.在不同轴向激励振幅、激励频率、挠性环质量、弹簧刚度和辅助密封圈阻尼下分别研究了三种典型结构干气密封动态追随性并进行了对比分析.结果表明:当轴向激励频率较高或挠性环质量较大时,静环挠性安装干气密封在刚受到外界激励时膜厚突变相对严重,动态追随性较差;在轴向激励频率较低且挠性环质量较小时,静环挠性安装干气密封相比动环挠性安装干气密封表现出更好的动态追随性;在三种密封环挠性安装形式中,两环均挠性安装干气密封动态追随性最好,且具有绝对优势.     

强脉冲电磁力驱动的冲击载荷

冲击载荷在材料科学与工程领域具有一定的应用。随着研究的深入, 对冲击速度、冲击能量提出了更高的需求, 是落锤所无法达到的。强脉冲磁场可由脉冲大电流产生, 通过合适的装置可产生强脉冲电磁力, 进而可转换为冲击载荷。通过数值模拟, 给出了强脉冲磁场、电磁力及冲头运动过程的数值模拟结果。采用高速摄像对该压缩冲击装置的运动过程进行记录, 通过对影像数据处理获得了冲击速度及冲击能量, 验证了模拟结果。     

弹体高速侵彻效率的实验和量纲分析

为了研究高速侵彻时弹体撞击速度、材料强度等对质量侵蚀特性和侵彻效率的影响规律,开展了不同材料强度和长径比的弹体高速侵彻半无限厚素混凝土靶实验,弹体撞击速度为880~1 900 m/s,弹头形状为尖卵型(半径口径比为3),口径为30 mm。由实验发现:弹体撞击速度对侵彻效率的影响呈抛物线分布,最大侵彻效率时的弹体特征撞击速度约1 400 m/s;高速侵彻时弹体的质量侵蚀主要发生在卵形头部,弹身及尾部损伤极少;速度超过特征撞击速度时,弹体侵蚀严重,甚至弯曲变形或解体;弹体强度提高至约2倍时,质量侵蚀率降低约80%。基于实验,利用量纲分析原则建立了量纲一侵彻效率和量纲一弹体撞击速度的函数关系式,可估算出最大侵彻效率对应的弹体撞靶速度,为高速侵彻效应模拟实验提供理论指导。     

数值模拟激光加载L_2铝板材高速成形瞬态响应

采用ABAQUS有限元仿真软件对激光加载L2铝板材高速成形进行数值模拟,研究了单脉冲激光冲击下成形的瞬态响应过程,获得了激光加载冲击成形过程中位移、速度、应变及应变率等特征量的变化特点.模拟表明,冲击后靶材中心区域发生明显塑性变形,变形截面呈锥形.高速成形过程中,金属板材首先发生振荡幅度非常大的快速弹性变形,其后进入减幅振荡直至静态,激光冲击成形时间在毫秒量级.板材不同节点的位移变化趋势相同,靠近中心区域位移大,边界区域位移小.成形中板材的中心区域速度最大达3 700m/s,变形过程前2μs内应变率急剧变化,最大达104~105 s-1量级.     

激光引信高速窄脉冲互补驱动电源设计

针对激光近炸引信探测系统对激光脉冲前沿速率、激光脉宽和功率的需求,通过RLC放电回路理论分析,采用双晶体三极管互补驱动高速金属氧化物半导体场效应晶体管作为高速开关,应用微处理器C8051FXXX产生脉冲触发信号,设计出激光近炸引信高速窄脉冲大功率驱动电源.通过PSPICE软件分析与实验验证,结果表明该电源脉冲前沿上升时间约为4ns,脉宽10ns左右,激光峰值电流可以达50A.该研究有效提高了系统探测距离与抗云雾烟尘干扰的能力.     

高速相机在弹簧振子实验中的应用

弹簧振子实验是高校中广泛采用的研究简谐振动规律的实验项目,本文将高速相机引入弹簧振子实验中,并在2013年对我校12级黄昆班的理科物理实验Ⅰ中进行了教学实践.从效果来看,学生通过高速相机的使用,对振子的运动形式进行了直观的实验观察,通过实验同学们对振子运动过程中的能量转化、空气阻尼对振子运动的影响、振子运动与单摆运动的耦合等实验现象进行了分析和讨论,切实加深了对简谐振动运动形式的理解.     

20MPixel/s高速红外焦平面读出电路设计

针对中大规模红外焦平面对高速读出的需求,研究并设计了一款20MPixel/s红外焦平面高速读出电路。读出电路单元电路由电容负反馈运放输入级、相关双采样、源随输出级电路组成,总线输出级采用基于低功耗推挽运放的跟随器结构。研究了输出级运放像元信号建立时间和负载电容的关系,给出了20 MPixel/s高速读出的负载电容适用范围。采用0.5μm Mixed Signal CMOS工艺研制了一款红外焦平面高速读出电路芯片,和InGaAs光敏芯片耦合后实测读出速率达到20MPixel/s,像元信号之间最大上升时间为17ns。     

高速串口的软件设计模式研究

高速串口具有较大数据吞吐量,在耗时可观的任务环境中,极易产生因读取串口缓存不及时而导致数据丢失的现象;针对该缺陷,提出了一种适用于高速串口的上位机软件设计模式,采用Windows API和重叠I/O方法搭建串口数据的读写操作;该模式运用多线程技术,对其数据一致性问题进行了论证;对于使用串口传输JEPG图像压缩码流的特殊应用场合,进行了优化设计;对使用波特率为2.5M的高速串口传输尺寸为640*480、帧频为12Hz、压缩比为12.5的图像测试表明,提出的设计模式满足工程应用需求。     

高速高饱和单行载流子光探测器的设计与分析

设计了一种In P基的背入射台面结构的单行载流子光探测器.通过在吸收层中采取高斯型掺杂界面及引入合适厚度和掺杂浓度的崖层,使得光探测器同时具备了高速和高饱和电流特性.理论分析表明,在光敏面为14μm2、反向偏压为2 V条件下,该器件的3 d B带宽可达58 GHz,直流饱和电流高达158 m A.在大功率光注入条件下,详细分析了光探测器带宽降低和电流饱和现象,得出能带偏移和电场坍塌是其根本原因的结论.