大尺寸结构部件电弧风洞烧蚀试验技术

在现有试验设备能力的基础上，结合超声速导管和冷气包罩试验技术，利用水冷挡板和气冷石英玻璃窗口组合形成包围气流通道，解决喷管出口气流继续膨胀导致流场参数衰减严重的问题，对大尺度翼结构部件进行了流场标定，显示翼面热流衰减量由51．5％～73．6％减少为34．0％～40％，翼前缘最大热流衰减量由68．0％减少为43．7％，模型表面热流分布均匀性有明显提高；同时，相对于壁面完全封闭的导管／包罩试验，透过气冷石英玻璃窗口还可以观察大尺寸结构部件实时烧蚀过程并且测量部件表面温度。研究表明该试验技术能够有效用于大尺寸部件防隔热及热结构性能考核研究。

电弧风洞中基于TDLAS的气体温度和氧原子浓度测试

电弧风洞是对防热材料/结构进行地面考核的关键设备,其流场参数是评估设备性能和品质的关键数据。由于高温气流的恶劣环境,尚无有效诊断手段。本文使用可调谐二极管吸收光谱技术(TDLAS),针对气流中氧原子,选用氧原子特征吸收谱线(λ=777.2nm),测量了电弧风洞中水冷平头圆柱体模型脱体激波后的气体温度和氧原子数密度,试验测量与工程计算结果较为一致。试验显示出TDLAS具有高温电弧风洞应用的潜在优势。

模型烧蚀对尾迹电子特性影响的计算和实验研究

基于气动物理研究的需要,针对高焓风洞的来流特点,采用计算和实验相结合的方法研究聚丙烯烧蚀对尾迹电子密度的影响。结果表明:计算结果可以有效模拟实验状态,电子密度的模拟精度有很大提高,误差在一个量级内;聚丙烯烧蚀可以降低尾迹的电子密度,但幅度不大,在2倍左右,其与选择模型材料的催化特性降低幅度相当;对电弧风洞的成功改进和非稀薄流静电探针诊断技术的应用,是尾迹电子密度测试的前提保障。

发射光谱诊断电弧加热器漏水故障的试验研究

电弧加热器是飞行器热防护系统地面考核试验的首选设备。电弧加热器在运行时,由于其电极工作在高温环境,普遍采用高压水进行冷却,试验中存在着由于电极烧穿漏水导致加热器严重烧损的风险。由于高温气流的恶劣环境,目前尚无有效监测手段。本文作者建立一套以氢原子Hα（656.28nm）和氧原子（777.19nm）发射谱线作为目标谱线的发射光谱监测系统,通过分析电弧加热器故障条件和正常运行下高温流场中的发射光谱特性,诊断某高焓电弧加热器因烧蚀出现的电极漏水故障,并在考虑温度误差的前提下对该光谱测量系统测量灵敏度进行评估,获得了A、B两种试验状态下的漏水探测极限：A状态下约为1.85~0.94g/s;B状态下,2.12~0.98g/s。试验结果表明,发射光谱应用于电弧加热器漏水故障诊断是切实可行的。

大尺度空气舵超声速烧蚀热结构试验

针对全尺寸大尺度空气舵热环境参数,对地面试验的流场参数进行了计算,设计了测试探头,进行了流场校测。将校测结果与计算结果进行了比较分析,结果表明二者吻合较好,最大偏差在30%以内。校测后的流场已成功应用于试验。

附加绝热反射盖板式温室型太阳能干燥器的研究

提出了附加绝热反射盖板式温室型太阳能干燥器的新结构，建立了太阳反射辐射计算模型，给出了干燥器性能测试结果。

电弧风洞内三维翼冷壁热流测量的归一化研究

通过实验并结合工程算法研究电弧风洞内翼前缘、翼面及翼轴上的冷壁热流密度在不同来流总焓或相同来流总焓条件下的变化规律。结果表明:对于相同测试件和相同喷管来说,无论来流总焓变化与否,前缘及翼面上某固定点的冷壁热流密度基本上呈同步变化;当来流总焓不变时,翼面上同一测点热流密度与前缘上与其在同一平面内测点热流密度比值基本不变,该平面垂直于前缘中心线;当来流总焓变化时,两比值轻微变化,但幅度较小,而翼的底部缝隙内的轴上热流密度与前缘热流密度比值变化幅度较大。利用上述结果,由翼前缘上热流密度可推算出翼面的热流密度,反之亦然。

辐射换热对热防护材料热环境的影响

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟内外流热环境,通过冷壁热流测量和热防护材料考核对比分析二者的差异。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个来流条件下,内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的分别高出41.6%和20.4%。随着冷壁热流的增加,辐射换热的影响力会逐渐减小。在材料考核试验中,相同配方工艺和涂层设计的C/C复合材料在内流热环境下的表面温度高出313℃,背面温度高出160℃,材料表面出现明显烧蚀;而在外流热环境下材料表面完好。因此在气动热考核试验中,需要充分考虑辐射换热的影响,根据材料所处的热环境选择不同的地面试验模拟方法。

Ar介质感应耦合等离子加热器能量转化与流动特性

对感应耦合等离子(inductively coupled plasma,ICP)加热器内能量转化过程与分布规律、流动特性的研究和认识能够为高频等离子加热器的设计提供理论指导,同时能够为加热器向大功率、多介质、广适用方向的发展提供支撑.基于二维轴对称、层流流动和局部热力学平衡等假设条件,利用COMSOL对百千瓦级Ar介质柱状ICP加热器进行了磁场、流体传热和层流3个物理场的耦合计算,得到等离子加热器内的温度场、能量分布和流场,并对能量转化、热量传递和流动过程进行了分析.同时,通过与光谱法测量得到温度进行对比,数值模拟模型建立的合理性得到验证.研究结果发现由于趋肤效应,高频感应耦合等离子加热器内最高温度区域对称分布在感应线圈覆盖区距外石英管一定距离处,中心区域温度略低.加热器下游中心及出口一定范围内为高温区且温度均匀,之后向两侧温度不断降低.加热器内气流高速区在最底匝线圈及其下游的中心区域,加热器上部存在回流区.

高速等离子体尾流结构的实验研究

通过测量流场等离子体电子密度分布的方法，测定了超高速流场中钝体后主激波的几何位置．采用非线性动力学中的 Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ 熵值的方法，得到熵的极小值位置与电子密度法得到的最大值位置是相同的．根据 Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ 熵值的分布得到了自由剪切层并观测到钝体底部近尾区存在有一个有序区域．实验数据分析结果表明 Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ

基于LabWindows/CVI的光纤高速数据采集系统设计

介绍了虚拟仪器开发平台图形化编程语言Lab Windows/CVI为基础的数据采集系统组成,并基于光纤通信网络对一种高速数据采集系统进行了设计。多路数据采集与光纤通信网络相结合,使得高速数据采集能力得到大幅提高,具有操作方便,采集精度高等特点。

基于PXI总线和RT实时系统的远程数据测量系统

PXI总线技术作为当前测量控制行业的通用技术,已经逐渐占据主流,其高速准确的测量控制方式和方便的分布式系统设计正在被广泛应用,RT实时系统的使用也为这一领域拓展了更多高效快捷的应用空间。本系统从硬件架构和软件编写方面介绍了基于PXI总线和RT实时系统下的远程数据测量,利用多线程技术通过TCP/IP通讯方式解决测量数据的远程采集问题;实践表明,该系统具有传输数据可靠、实时性强、成本较低和扩展性好等优点,具有一定的推广价值。

基于PLC的实验室控制系统设计

随着PLC在工业控制中的广泛使用,其方便快捷的控制方式和稳定可靠的运行性能在实验室的控制系统使用也越来越多,本文从实验室PLC控制系统设备选型、PLC编程工具、WinCC组态软件以及控制系统硬软件的设计等四个方面简单介绍了实验室PLC控制系统设计的相关内容。

多道扫描探针系统在电弧风洞中的应用

介绍了一种用于诊断电弧风洞等离子体参数的多道扫描探针系统。使用该系统研究了ＦＤ０４风洞空流场的等离子体特性。利用ＣＴＷ理论分析了探针数据，实时给出了流场电子温度和密度的空间分布。实验表明，空流场的电子温度分布基本是均匀的；电子密度分布与流场结构紧密相关，电子密度变化范围在３倍之内；随着流场焓值的不同分布，电子密度也随之变化。

An Experimental Research to Study the Microwaves transmission Characteristics of Ablating Material in Arc-Heated Plasma Flow

in this paper, an experimental research the effect of ablating material on the reflection and the transmission of microwaves in arc-heated plasma flow is presented by using the C band microwave measuring system. The results show that the ablating material with accidented surface and its high temperature have remarkably affected the reflection and the transmission of microwaves. The experiment proves that the system has outstanding precision and reliability.

电弧加热器铜污染组分效应发射光谱定量研究

电弧加热器是研究飞行器气动热防护问题的重要地面试验平台,其采用电极放电加热获得高温气体的方式,会产生铜蒸汽粒子,并随同进入地面试验模拟的等离子体气流,产生电弧风洞地面试验铜污染组分效应。本研究利用发射光谱诊断技术,发展了一套电弧加热器高温流场组分在线诊断测量系统,开展对10 MW高焓叠片式电弧加热器铜电极烧蚀的在线测量,获得了铜原子浓度的实时测量结果。基于所选铜原子谱线,开展了对电弧加热器起弧过程和稳定工作过程的测量,同时分析了管式电极和环形电极下电极烧蚀的情况。研究结果表明:起弧瞬间,电极烧蚀较明显,管式电极的铜原子峰值浓度要明显高于环形电极;稳定工作后,环形电极铜原子烧蚀量迅速下降,并保持在一个较低水平(<10-6),管式电极仍然存在较高、不稳定的烧蚀,显示管式电极的烧蚀量要明显高于环形电极,且管式电极烧蚀量随着电弧加热器运行电流的增加而增加。基于该测量结果,建立了判定电极失效的直接判据,并用于保障电弧加热器运行安全。为研究电弧加热器电极烧蚀及地面试验铜污染组分效应提供了非接触式测量手段,目前,该测量系统已经作为电弧加热器的常规测试手段,提供电弧加热器高温气流的在线诊断。