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进气道等离子体/磁流体流动控制研究进展 被引量:8
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作者 李益文 王宇天 +3 位作者 庞垒 肖良华 丁志文 段朋振 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期311-321,共11页
为实现高速飞行器的宽速域飞行,如何保证进气道在非设计状态下的性能至关重要。相比于传统被动控制方式,等离子体/磁流体流动控制技术作为新概念主动流动控制技术,由于其具有结构简单,快速响应,并可根据实际飞行条件进行反馈控制等优势... 为实现高速飞行器的宽速域飞行,如何保证进气道在非设计状态下的性能至关重要。相比于传统被动控制方式,等离子体/磁流体流动控制技术作为新概念主动流动控制技术,由于其具有结构简单,快速响应,并可根据实际飞行条件进行反馈控制等优势,在国内外上得到了广泛关注。本文介绍了等离子体/磁流体在高超/超声速进气道的主要应用方式与等离子体/磁流体建模方法。当进气道处于超临界状态时,等离子体/磁流体流动控制主要通过热阻塞效应产生虚拟型面,从而将激波系推回至唇口,该技术有望在需要短时间流动控制的高马赫数导弹上走向工程应用;由于等离子体/磁流体激励器与壁面平齐安装,对于高超声速飞行条件,相比于粗糙元其对热防护的要求较低,并且通过超声速风洞实验初步证明了通过高频激励对边界层施加扰动的可行性,需要从稳定性理论的角度对其物理机制进行研究。在后续发展中需要进一步创新等离子体产生技术及激励方式,发展等离子体与流的全耦合计算模型等离子体与流的全耦合计算模型与高效算法,为指导工程应用提供依据. 展开更多
关键词 等离子体 磁流体 进气道 流动控制 边界层转捩
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基于不同脉冲电源的超声速气流电离实验研究 被引量:2
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作者 李益文 庄重 +3 位作者 张百灵 丁志文 段朋振 吴俊锋 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1954-1960,共7页
为了研究不同脉冲电源对超声速气流电离的影响,探究产生均匀稳定等离子体的方法,在超声速条件下ns脉冲放电实验系统中分别采用FID ns脉冲电源和NSPS3U30F2型脉冲电源对2倍声速的气流进行了电离实验。研究表明FID ns脉冲电源放电时比较稳... 为了研究不同脉冲电源对超声速气流电离的影响,探究产生均匀稳定等离子体的方法,在超声速条件下ns脉冲放电实验系统中分别采用FID ns脉冲电源和NSPS3U30F2型脉冲电源对2倍声速的气流进行了电离实验。研究表明FID ns脉冲电源放电时比较稳定,超声速条件下放电电压峰值达到12.3 kV,电流第1个脉冲峰值为15.8A,电流震荡多次后趋于稳定,单脉冲放电能量为1.317 7 mJ,能量利用率较低、均匀性较差、放电较弱,放电频率的增大可以使辉光变强,改善放电特性;NSPS3U30F2型脉冲电源放电时,放电电压峰值仅有3.2 kV,电流第1个脉冲峰值为3.9 A,最大峰值为4.58 A,单脉冲放电能量为3.184 9 mJ,放电呈现为丝状不稳定状态,且沿着气流方向滑动;由于击穿时延的不可忽略性,NSPS3U30F2型脉冲电源只能实现单针放电通道的形成;综合两种电源的优缺点,在超声速条件下实现均匀稳定放电应选用FID ns脉冲电源,研究结果对后续开展磁流体技术相关实验提供了基础。 展开更多
关键词 超声速气流 均匀稳定 针-板放电 脉冲放电 等离子体
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径向压力和温度分布对螺旋波等离子体波场和能量吸收影响研究 被引量:2
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作者 张磊 张百灵 +2 位作者 苌磊 李益文 段朋振 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期2152-2160,共9页
为了揭示螺旋波等离子体推力器中的等离子体源功率耦合机理,针对气体工质电离后被射频加热的稳态过程,考虑等离子体密度非均匀分布条件,采用三参数压力函数(fa,sp,tp)和温度函数(f_a,s_t,t_t)表示柱状等离子体内压力和温度的径向分布,... 为了揭示螺旋波等离子体推力器中的等离子体源功率耦合机理,针对气体工质电离后被射频加热的稳态过程,考虑等离子体密度非均匀分布条件,采用三参数压力函数(fa,sp,tp)和温度函数(f_a,s_t,t_t)表示柱状等离子体内压力和温度的径向分布,分析了径向压力梯度、温度梯度对螺旋波等离子体内功率沉积、波电场、波磁场和电流密度的影响。考虑梯度为正,梯度为负和梯度为零三种梯度类型。结果发现:压力梯度为正时,螺旋波在等离子体临近壁面处的功率沉积减弱,但射频波透入深度增加,原因是靠近管壁处等离子体密度较低,RF波径向单位长度衰减较少,透入深度增加。温度梯度为负时,柱状等离子体中心处能量沉积变强,原因是管中心位置等离子体密度较大,电子温度较高,与RF波能量耦合增强;横向截面的电磁场、电流密度分布在不同压力和温度梯度下基本不变,证明了m=1模式的稳定性。 展开更多
关键词 径向压力梯度 径向温度梯度 螺旋波 等离子体 功率沉积
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磁场作用下螺旋波与TG波耦合模式数值模拟研究 被引量:2
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作者 段朋振 李益文 +2 位作者 张百灵 张磊 赵伟灼 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1897-1904,共8页
为了研究螺旋波放电的高电离效率,揭示螺旋波等离子体推力器射频功率向等离子体的沉积机制,对m=+1型螺旋波与TG波耦合模式随磁场的变化特征,以及对波磁场、电场、电流密度的影响规律进行了数值模拟研究。计算结果显示:B0≤500G的低磁场... 为了研究螺旋波放电的高电离效率,揭示螺旋波等离子体推力器射频功率向等离子体的沉积机制,对m=+1型螺旋波与TG波耦合模式随磁场的变化特征,以及对波磁场、电场、电流密度的影响规律进行了数值模拟研究。计算结果显示:B0≤500G的低磁场条件下,螺旋波与TG波构型相似,耦合较强,大部分射频功率由螺旋波耦合到TG波内,并经TG波的强阻尼作用,在天线下游0.2~0.4m距离内沉积到等离子体中;高磁场下,螺旋波向TG波的耦合效率降低,螺旋波将一部分射频能量输运到下游并持续向TG波耦合,由TG波的阻尼作用沉积到等离子体中,轴向的功率分布特征就表现为螺旋波的本征模式;随着外加磁场强度的增大,波磁场、电场的部分分量沿z轴的分布由幅值衰减状态变为准周期性波动状态,电流密度的变化特征与功率沉积密度较为相似。 展开更多
关键词 螺旋波 TG波 耦合模式 功率沉积 本征模式 磁场
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氩气压力对螺旋波放电影响的发射光谱诊断及仿真研究 被引量:2
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作者 段朋振 李益文 +3 位作者 张百灵 魏小龙 苌磊 赵伟灼 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2341-2347,共7页
螺旋波等离子体源以其高电离效率与高密度优势受到多个领域的青睐。螺旋波放电高电离效率的机理或者功率耦合模式,一直是困扰该领域学者的难点之一,对于放电过程与特性的诊断则是揭示其物理机制的重要途径。光谱诊断能够克服介入式诊断... 螺旋波等离子体源以其高电离效率与高密度优势受到多个领域的青睐。螺旋波放电高电离效率的机理或者功率耦合模式,一直是困扰该领域学者的难点之一,对于放电过程与特性的诊断则是揭示其物理机制的重要途径。光谱诊断能够克服介入式诊断手段对等离子体的干扰同时受等离子体烧蚀等弊端,且响应速度快、操作灵活。为研究螺旋波等离子体的放电特性以及气体压力的影响,开展了以氩气为工质气体的光谱实验研究,并针对实验开展了Helic程序数值模拟。通过改变光纤探头焦距调整径向诊断位置,得到谱线强度的径向分布。由氩原子4p-4s能级跃迁产生的谱线主要集中在740~920 nm区间,谱线相对强度较离子激发谱线较强。实验研究发现,在较低氩气压力范围(0.2 Pa< P Ar <1.0 Pa),随着压力增加,放电光强迅速增加,但是当压力增加到大于1.0 Pa之后,光强增长的趋势变缓,甚至部分谱线的相对强度不再增长,达到类饱和状态,朗缪尔探针测量得到离子密度变化趋势与其相似。光强分布在靠近径向边界处( r ≈4 cm)存在凸起,且随压力增加,该凸起分布更为明显。通过对电子温度的计算发现,压力增加到一定程度将影响放电均匀性。仿真结果显示,增大压力,功率沉积密度的径向分布逐渐向径向边界处积累,与实验观察到的谱线强度径向凸起相一致,螺旋波与TG波的耦合效率增加。随着气体压力的增加,Er的径向边界峰值降低,原因是波所受阻尼增强, TG波被有效地局限于径向较窄的边界处。电流密度轴向分量Jz在等离子体内部和边界处的峰值呈显著的减小趋势,可见,虽然压力增加一定程度上提高了等离子体密度,但却相应的减小了电离率,导致轴向电流密度受限。但是径向电流密度Jr却呈现先减小后增大的趋势,且增长幅度明显,综合来看,放电效率有所提高。可见适当增加气体压力,有助于提高放电的功率耦合效率和强度,增加等离子体密度。光强比值法是针对线性谱线参数计算的典型方法, Helic程序亦是专业领域内认可度很高的计算工具,结果可靠,分析方法具有可借鉴性。实验及仿真结果对于提高氩气工质下的螺旋波放电强度提供了一定的参考价值。 展开更多
关键词 螺旋波放电 发射光谱 Helic数值仿真 氩气压力
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低压高温条件下纳秒脉冲针-板放电初步实验研究 被引量:1
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作者 张百灵 庄重 +3 位作者 李益文 王宇天 段朋振 张茗柯 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期3055-3060,共6页
为了研究高超声速飞行器进气道内气体的放电特性,建立了低压高温环境下针-板放电实验系统,采用纳秒脉冲电源,开展了气压范围500~1 500 Pa、温度范围50~400℃条件下的直接驱动式放电实验。研究表明:当温度为50℃、气压为500 Pa时,针-板... 为了研究高超声速飞行器进气道内气体的放电特性,建立了低压高温环境下针-板放电实验系统,采用纳秒脉冲电源,开展了气压范围500~1 500 Pa、温度范围50~400℃条件下的直接驱动式放电实验。研究表明:当温度为50℃、气压为500 Pa时,针-板之间均存在形态为从针尖向板面扩散的柱状放电通道,而且随着气压的升高柱状通道逐渐向中心处收缩;在温度较低的情况下,峰值电压主要受气压的影响,并随着气压的升高而升高,在50℃、1 500 Pa时峰值电压达到了1 810 V;在温度较高时,若气压较低,温度的升高对峰值电压影响较小,而气压较高时,峰值电压的变化受温度影响较大,并随着温度的升高而降低,在1 500 Pa、400℃时峰值电压降为1 250 V。实验结果对后续研究超声速气流中纳秒脉冲放电特性与机理提供参考。 展开更多
关键词 纳秒脉冲 针-板放电 气压 温度 峰值电压
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等离子体径向压力分布对射频波功率吸收影响 被引量:1
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作者 张磊 张百灵 +1 位作者 李益文 段朋振 《空军工程大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2017年第4期13-18,共6页
为建立高效稳定的螺旋波等离子体源,提高离子风暴发动机推进效率,需要对射频波在等离子体中的能量耦合机理进行研究。基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在管中等离子体密度呈抛物线分布条件下,研究了等离子体对Nagoya III型射频... 为建立高效稳定的螺旋波等离子体源,提高离子风暴发动机推进效率,需要对射频波在等离子体中的能量耦合机理进行研究。基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在管中等离子体密度呈抛物线分布条件下,研究了等离子体对Nagoya III型射频天线激发出的射频波功率吸收情况。运用Helic程序对应每个轴向波数kz求解管内电磁场相关的4个径向耦合微分方程,得到能量吸收、波电磁场和电流密度沿不同方向分布情况。通过分析不同压力构型对螺旋波等离子体内能量沉积、波电磁场和电流密度的影响,结果发现:正压力梯度下,射频波透入等离子体径向距离增加,但功率沉积减少,波磁场强度沿各向分量均有所增大。压力梯度的存在使得波电场和电流密度在管壁附近显著增大。 展开更多
关键词 等离子体 压力梯度 螺旋波 功率耦合
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两种螺旋波天线对非均匀等离子体波场结构的影响
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作者 张磊 徐晓枫 +2 位作者 张百灵 李益文 段朋振 《空军工程大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2018年第4期14-19,共6页
基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到... 基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到波电场和波磁场的分布情况。通过分析两型天线对螺旋波等离子体波场结构的影响,对比2种天线的性能。结果发现:L型天线激发的波场属于强静电弱磁波场,B型天线激发波场则属于强静电强磁波场;B型天线相比L型天线能够在天线覆盖范围内产生强波电场,该天线下更多功率耦合进了等离子体中。L天线激发波电场受密度梯度影响显著,L天线对靠近壁面处等离子体影响范围大于B天线,B型天线激发波场能量更强。 展开更多
关键词 螺旋波天线 螺旋波等离子体 波电磁场 波场结构
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基于发射光谱法的螺旋波电推进器等离子体源放电实验研究
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作者 段朋振 李益文 +1 位作者 翟旭升 张圣武 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期416-422,共7页
为探究不同气体条件下螺旋波电推进器等离子体源的放电特征,开展了氩气、氦气和氮气放电的光谱诊断实验研究。氩气和氦气为工质气体的放电条件下,部分波长谱线相对强度随功率的增加而增强,且斜率出现两次跳变,考虑是螺旋波放电过程中的... 为探究不同气体条件下螺旋波电推进器等离子体源的放电特征,开展了氩气、氦气和氮气放电的光谱诊断实验研究。氩气和氦气为工质气体的放电条件下,部分波长谱线相对强度随功率的增加而增强,且斜率出现两次跳变,考虑是螺旋波放电过程中的模式转换,即容性向感性、感性向波模式的转换。三种工质气体,在较低的压强下,各谱线强度均随压强增大而迅速增强,但氩气放电下压强继续增大达到1.0Pa以后,谱线强度增强趋势变缓甚至达到“饱和”状态,而氦气和氮气放电下压强增大到0.5~0.65Pa,谱线强度出现降低趋势,氦气和氮气放电强度对压强更为敏感。 展开更多
关键词 电推进器 螺旋波等离子体 放电实验 工质气体 发射光谱法
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航空发动机非线性分布式控制系统故障检测 被引量:4
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作者 翟旭升 杨仕美 +2 位作者 段朋振 王磊 曹国梁 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2020年第7期106-110,共5页
针对航空发动机非线性分布式控制系统的故障检测问题,首先,通过辨识方法建立了具有多项式组合形式的航空发动机非线性模型,并考虑网络因素,建立了具有随机时延的航空发动机非线性分布式控制系统模型。然后,把非线性分布式控制系统看成... 针对航空发动机非线性分布式控制系统的故障检测问题,首先,通过辨识方法建立了具有多项式组合形式的航空发动机非线性模型,并考虑网络因素,建立了具有随机时延的航空发动机非线性分布式控制系统模型。然后,把非线性分布式控制系统看成是一种随机系统,为其设计了非线性的故障观测器,应用Lyapunov稳定性理论和随机系统均方渐近稳定理论推导了故障观测器误差系统均方渐近稳定的线性矩阵不等式条件,并求得了线性矩阵不等式的可行解。最后,给出了具体的故障检测步骤,并通过仿真计算验证了所提算法的有效性。 展开更多
关键词 航空发动机 故障检测 非线性系统 稳定性分析 故障观测器
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多种工质下螺旋波等离子体源波场结构数值模拟
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作者 谢平 段朋振 +1 位作者 李益文 翟旭升 《上海航天(中英文)》 CSCD 2020年第6期45-51,共7页
针对螺旋波等离子体放电机理,开展了多种工质条件下的螺旋波放电等离子体内波场结构数值模拟研究。计算发现:氦气等离子体的Er分量在径向边界处的峰值更为突出,有利于等离子体在径向的输运,波电场径向分量决定了电流密度径向分量在内部... 针对螺旋波等离子体放电机理,开展了多种工质条件下的螺旋波放电等离子体内波场结构数值模拟研究。计算发现:氦气等离子体的Er分量在径向边界处的峰值更为突出,有利于等离子体在径向的输运,波电场径向分量决定了电流密度径向分量在内部的表现。在0.266 Pa和1.064 Pa两种气体压强条件下,通过波场结构验证了气压对于波阻尼影响的结论。波场结构是螺旋波在等离子体内传播以及能量沉积的微观体现,研究螺旋波波场结构是揭示其高电离效率的重要途径。初步探索了功率耦合机制,为实验系统优化及实验方案设定奠定理论基础。 展开更多
关键词 螺旋波等离子体 波场结构 工质气体 压强 数值模拟
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基于数据融合的航空发动机多余度智能传感器故障诊断 被引量:1
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作者 翟旭升 杨仕美 +1 位作者 段朋振 陶烨 《燃气涡轮试验与研究》 北大核心 2020年第3期23-27,共5页
针对航空发动机多余度智能传感器故障诊断问题,提出一种基于数据融合的故障诊断方法。该方法采用改进的模糊C均值聚类算法对多余度传感器信息进行数据融合,将多余度敏感单元测量值划分为合适的几个类,然后根据少数服从多数的原则,选择... 针对航空发动机多余度智能传感器故障诊断问题,提出一种基于数据融合的故障诊断方法。该方法采用改进的模糊C均值聚类算法对多余度传感器信息进行数据融合,将多余度敏感单元测量值划分为合适的几个类,然后根据少数服从多数的原则,选择含有最多敏感单元测量值的类的中心作为融合值,并通过计算各个敏感单元测量值与融合值之间的残差来监控传感器的故障情况。仿真结果表明,得到的融合值具有较高的精度,绝对误差在0.5℃以内,通过判断残差可完成传感器故障自检测与定位。 展开更多
关键词 故障诊断 智能传感器 航空发动机 分布式控制 数据融合 粒子群算法
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Experimental study on nanosecond pulsed pin-to-plate discharge in supersonic air flow
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作者 李益文 庄重 +3 位作者 庞磊 段朋振 丁志文 张百灵 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第6期122-131,共10页
Development of magnetohydrodynamic acceleration technology is expected to improve wind tunnel simulation capability and testing capability.The underlying premise is to produce uniform and stable plasma in supersonic a... Development of magnetohydrodynamic acceleration technology is expected to improve wind tunnel simulation capability and testing capability.The underlying premise is to produce uniform and stable plasma in supersonic air flow,and gas discharge is an effective way to achieve this.A nanosecond pulsed discharge experimental system under supersonic conditions was established,and a pin-to-plate nanosecond pulsed discharge experiment in Mach 2 air flow was performed to verify that the proposed method produced uniform and stable plasma under supersonic conditions.The results show that the discharge under supersonic conditions was stable overall,but uniformity was not as good as that under static conditions.Increasing the number of pins improved discharge uniformity,but reduced discharge intensity and hence plasma density.Under multi-pin conditions at 1000Hz,the discharge was almost completely corona discharge,with the main current component being the displacement current,which was smaller than that under static conditions. 展开更多
关键词 nanosecond pulse DISCHARGE SUPERSONIC air flow pin-to-plate DISCHARGE plasma UNIFORM and stable
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