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高超声速边界层液膜演化过程和冷却机理研究
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作者 骆寅涛 韩桂来 +2 位作者 钱丽娟 姜宗林 刘美宽 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1039-1052,共14页
高超声速液膜冷却技术是通过一系列狭缝或孔洞压出冷却工质,在飞行器表面边界层形成一层低温冷却膜,阻止高超声速气流对飞行器的气动加热.其作为一种主动冷却方式在高超声速飞行器表面热防护有着巨大的应用潜力.文章采用数值方法,结合VO... 高超声速液膜冷却技术是通过一系列狭缝或孔洞压出冷却工质,在飞行器表面边界层形成一层低温冷却膜,阻止高超声速气流对飞行器的气动加热.其作为一种主动冷却方式在高超声速飞行器表面热防护有着巨大的应用潜力.文章采用数值方法,结合VOF模型,研究25 km飞行高度和Ma=5气流条件下的液膜铺展情况,并通过不同冷却工质的入射速度、角度、表面张力和黏性系数条件,讨论了液膜在平板上的演化过程和冷却机理.结果表明,在气流作用下,液膜向壁面下游发展,液膜的存在导致边界层分离,连续液膜会在一定位置断裂为液块,然后进一步破碎为液滴.入射条件和液体性质的改变,会影响液膜沿流向的发展,具体表现在连续液膜断裂点的位置和连续液膜的厚度.在所设定的计算域内,壁面热流降低了80%~95%,液膜对壁面的冷却效率随着液膜形态的变化而变化. 展开更多
关键词 高超声速 液膜冷却 液膜演化 壁面热流 VOF
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激波与爆轰波对撞的数值模拟研究 被引量:4
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作者 韩桂来 姜宗林 张德良 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期154-161,共8页
采用二阶精度NND差分格式和改进的二阶段化学反应模型模拟了爆轰波与激波的对撞过程,研究了不同强度入射激波对爆轰过渡区域的影响.当对撞激波较弱时,透射爆轰波演变主要受流动膨胀作用的影响,可划分为对撞影响区、爆轰恢复区和稳定发展... 采用二阶精度NND差分格式和改进的二阶段化学反应模型模拟了爆轰波与激波的对撞过程,研究了不同强度入射激波对爆轰过渡区域的影响.当对撞激波较弱时,透射爆轰波演变主要受流动膨胀作用的影响,可划分为对撞影响区、爆轰恢复区和稳定发展区3个阶段,在爆轰恢复区和稳定发展区,前导激波压力经历一个过冲、然后向稳定爆轰过渡的过程,表现了爆轰波熄爆和再起爆的物理特征,当对撞激波较强时,可燃混合气体的高热力学参数导致了更高的化学反应活化程度,形成了弱爆轰向稳定爆轰的直接转变. 展开更多
关键词 激波对撞 过渡区域 爆轰波 激波 数值模拟
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支杆-钝头体带攻角流场和“军刺”挡板作用研究 被引量:2
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作者 韩桂来 姜宗林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期795-802,共8页
通过三维N-S方程的数值求解,研究了支杆-钝头体结构在10°攻角Mo_∞=6.0飞行条件下的流场结构和特点,指出其气动力特性恶化的原因,提出采用"军刺"挡板改善流场和气动力特性,并通过对比两种不同挡板作用下的流场和气动力... 通过三维N-S方程的数值求解,研究了支杆-钝头体结构在10°攻角Mo_∞=6.0飞行条件下的流场结构和特点,指出其气动力特性恶化的原因,提出采用"军刺"挡板改善流场和气动力特性,并通过对比两种不同挡板作用下的流场和气动力特性变化分析其作用机理,发现"军刺"挡板结构分割流场抑制三维效应形成的周向流动,迎风面形成稳定的回流区和剪切层结构,将迎风面锥激波推离轴线,降低钝头体肩部流动结构相互作用强度,并在一定程度上缓解背风面流动干扰,明显改善支杆-钝头体带攻角飞行时的气动力特性. 展开更多
关键词 支杆-钝头体 “军刺”挡板 带攻角飞行 三维数值模拟
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长试验时间激波风洞测力技术研究 被引量:16
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作者 汪运鹏 刘云峰 +6 位作者 苑朝凯 罗长童 王春 胡宗民 韩桂来 赵伟 姜宗林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期545-556,共12页
中国科学院力学研究所复现飞行条件高超声速激波风洞JF12的落成突破了毫秒级试验时间的瓶颈,有效试验时间超过100 ms.因此,对于JF12长试验时间激波风洞的测力试验,基于应变天平技术较为成熟、结构简单等优点,我们考虑采用传统的应变计天... 中国科学院力学研究所复现飞行条件高超声速激波风洞JF12的落成突破了毫秒级试验时间的瓶颈,有效试验时间超过100 ms.因此,对于JF12长试验时间激波风洞的测力试验,基于应变天平技术较为成熟、结构简单等优点,我们考虑采用传统的应变计天平.但是,激波风洞来流冲击所带来的惯性力干扰导致天平测力系统产生低频振动,传统内置应变天平的结构刚度很难保证信号有足够的处理周期,这大大限制了激波风洞测力模型的尺寸和重量.针对这个难题,基于JF12激波风洞的运行特点及对测力天平刚度特性的特殊要求,优化设计了应变天平的测力单元结构以适用于这种脉冲动态测力试验,相应加工制造了大刚度、低干扰、高灵敏度的系列脉冲型应变天平,结构形式包含了杆式和盒式,最大载荷(法向力)从1 k N到30 k N,以满足不同尺度飞行器的测力试验需求.同时,我们应用不同尺度的测力模型对研制的脉冲型天平在JF12激波风洞进行了一系列动态气动力测量试验,以进一步评估JF12系列脉冲型应变天平的结构特性和测力性能. 展开更多
关键词 激波风洞 长试验时间 气动力测量 应变天平
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散心柱面胞格爆轰演化数值研究 被引量:3
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作者 王春 姜宗林 +1 位作者 胡宗民 韩桂来 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2008年第11期1347-1354,共8页
采用有限体积方法,在自适应非结构网格上求解二维含化学反应Euler方程,数值研究了柱面胞格爆轰波演化现象.化学反应计算采用单步可逆总包反应模型.数值结果演示了散心柱面胞格爆轰波演化过程中胞格结构的分裂现象,获得了与实验结果定性... 采用有限体积方法,在自适应非结构网格上求解二维含化学反应Euler方程,数值研究了柱面胞格爆轰波演化现象.化学反应计算采用单步可逆总包反应模型.数值结果演示了散心柱面胞格爆轰波演化过程中胞格结构的分裂现象,获得了与实验结果定性一致的结果.胞格结构的分裂演化在点火区近场和远场显示了不同的特点,其中爆轰波传播过程中波阵面当地曲率的变化是控制胞格分裂演化行为的关键因素.数值结果也显示胞格结构的分裂现象来自于爆轰波前锋结构中横波的自组织行为,即沿爆轰波波面传播的小扰动发展成为横波的过程,这种现象与胞格爆轰波的不稳定性密切相关. 展开更多
关键词 爆轰 胞格不稳定性 化学反应 激波 数值模拟
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结构振动对大型激波风洞气动力测量的干扰 被引量:5
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作者 孟宝清 韩桂来 姜宗林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期102-110,共9页
激波风洞起动过程形成冲击载荷激励测力系统的结构振动,气动力测量过程中振动尚未衰减,测力过程可以看作是一个动态的过程,激波风洞中天平输出信号包含了振动干扰的输出信号,现有的解决方法缺乏理论支撑,精度受限.本文应用振动理论方法... 激波风洞起动过程形成冲击载荷激励测力系统的结构振动,气动力测量过程中振动尚未衰减,测力过程可以看作是一个动态的过程,激波风洞中天平输出信号包含了振动干扰的输出信号,现有的解决方法缺乏理论支撑,精度受限.本文应用振动理论方法,得到了自由振动、强迫振动特性的基本解析结果.自由振动特性研究中考查了单个振型对测力的干扰及其影响规律以及干扰量幅值随测力截面相对位置的变化规律.强迫振动特性研究了不同载荷强迫振动下各阶振型对测力的干扰.研究表明,由于干扰量幅值与加速度幅值的"零点位置"不重合,传统加速度惯性补偿存在理论上的缺陷.实验中确定干扰量主要来源需要综合考虑截面位置、载荷作用位置、载荷类型的影响. 展开更多
关键词 激波风洞 气动力测量 振动干扰 理论求解
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超声速后台阶流动/射流相互作用的数值模拟 被引量:1
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作者 邓放 韩桂来 +4 位作者 孟宝清 丁珏 翁培奋 韩鹏 姜宗林 《气体物理》 2018年第6期41-50,共10页
采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程研究超声速射流与同向超声速后台阶流动相互作用的流场基本结构及规律,分别应用5阶WENO格式、6阶中心差分格式离散对流项和黏性项,时间推进采用3阶Runge-Kutta格式,并应用消息传递接口(message ... 采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程研究超声速射流与同向超声速后台阶流动相互作用的流场基本结构及规律,分别应用5阶WENO格式、6阶中心差分格式离散对流项和黏性项,时间推进采用3阶Runge-Kutta格式,并应用消息传递接口(message passing interface, MPI)非阻塞式通信实现并行化.分别研究了超声速后台阶流动、超声速射流的基本结构特征,以此讨论和分析超声速后台阶流动/射流相互作用的特征,以及不同来流条件对波系结构、涡结构、剪切层、膨胀扇等的影响,尤其是来流剪切层和射流剪切层的相互作用,形成复杂的波系结构及相互干扰的流动现象. 展开更多
关键词 超声速 两步后台阶 射流 剪切层 数值模拟
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射流与超声速来流剪切层作用的数值模拟研究 被引量:1
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作者 邓放 韩桂来 +3 位作者 刘美宽 丁珏 翁培奋 姜宗林 《航空科学技术》 2018年第10期21-27,共7页
本文采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程,分别应用五阶WENO格式、六阶中心差分格式离散对流项和黏性项,时间推进采用三阶Runge-Kutta格式,并应用MPI非阻塞式通信进行并行计算,模拟了超声速射流与同向超声速流动的相互作用,目的在... 本文采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程,分别应用五阶WENO格式、六阶中心差分格式离散对流项和黏性项,时间推进采用三阶Runge-Kutta格式,并应用MPI非阻塞式通信进行并行计算,模拟了超声速射流与同向超声速流动的相互作用,目的在于研究流长产生的两个剪切层的相互作用,发现了有一定夹角的剪切层作用产生周期性次生射流的现象。本文研究了射流/超声速流剪切层相互作用、作用产生的次生射流具有脉冲性等方面,着重对次声射流的周期性等展开分析和讨论。 展开更多
关键词 射流 剪切层 超声速 次声射流 数值模拟
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不同飞行高度下超声速来流/射流及其相互作用的数值模拟
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作者 邓放 韩桂来 +3 位作者 刘美宽 丁珏 翁培奋 姜宗林 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期307-324,共18页
采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程,研究了不同飞行高度下超声速来流和射流在后台阶相互作用的流场基本结构.时间推进采用三阶精度Runge-Kutta格式,分别应用五阶精度加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)... 采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程,研究了不同飞行高度下超声速来流和射流在后台阶相互作用的流场基本结构.时间推进采用三阶精度Runge-Kutta格式,分别应用五阶精度加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式、六阶精度中心差分格式来离散对流项和粘性项,并应用MPI非阻塞式实现并行化.采用两步后台阶模型分别研究了不同高度下超声速后台阶流动、射流的基本结构特征;并进一步组合两种流动,研究了超声速来流/射流组合流动下相互作用的流场结构.通过改变后台阶上方来流条件,模拟了不同飞行高度的环境,研究了其对流场中涡、剪切层、激波等结构的影响.研究结果发现,超声速来流和射流发生相互作用后,在后台阶附近产生回流区,超声速来流的存在会对射流的流场结构产生影响. 展开更多
关键词 后台阶 射流 剪切层 数值模拟
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Cellular Cell Bifurcation of Cylindrical Detonations 被引量:1
10
作者 韩桂来 姜宗林 +1 位作者 王春 张凡 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2008年第6期2125-2127,共3页
Cellular cell pattern evolution of cylindrically-diverging detonations is numerically simulated successfully by solving two-dimensional Euler equations implemented with an improved two-step chemical kinetic model. Fro... Cellular cell pattern evolution of cylindrically-diverging detonations is numerically simulated successfully by solving two-dimensional Euler equations implemented with an improved two-step chemical kinetic model. From the simulation, three cell bifurcation modes are observed during the evolution and referred to as concave front focusing, kinked and wrinkled wave front instability, and self-merging of cellular cells. Numerical research demonstrates that the wave front expansion resulted from detonation front diverging plays a major role in the cellular cell bifurcation, which can disturb the nonlinearly self-sustained mechanism of detonations and finally lead to cell bifurcations. 展开更多
关键词 supernova explosion proto-neutron star shock wave
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爆轰双向驱动双状态并行技术的原理性研究
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作者 杨帆 林明月 +1 位作者 胡宗民 韩桂来 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期530-544,共15页
爆轰驱动激波风洞是用来产生高超声速高焓试验气流的地面试验装置,通常分为正向爆轰驱动激波风洞和反向爆轰驱动激波风洞两种.本文针对单独正向或反向驱动模式的不足,提出一种新型的爆轰双向驱动模式,同时利用爆轰波的高能波阵面和泰勒... 爆轰驱动激波风洞是用来产生高超声速高焓试验气流的地面试验装置,通常分为正向爆轰驱动激波风洞和反向爆轰驱动激波风洞两种.本文针对单独正向或反向驱动模式的不足,提出一种新型的爆轰双向驱动模式,同时利用爆轰波的高能波阵面和泰勒稀疏波尾部平稳端,在一次试验中同时实现中焓与高焓两种高超声速试验气流.本文利用高温热化学反应流动数值计算技术,模拟并分析了爆轰双向驱动激波风洞中的关键波动力学过程,数值计算结果表明,爆轰双向驱动技术是可行的,而且正向驱动端和反向驱动端的状态调整具有相对独立性,可以覆盖中高焓大范围跨流域试验能力. 展开更多
关键词 高焓试验气流 爆轰双向驱动 激波风洞 热化学反应流动 缝合界面条件
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Aerodynamic measurement of a large aircraft model in hypersonic flow 被引量:2
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作者 孟宝清 韩桂来 +1 位作者 张德良 姜宗林 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第11期310-315,共6页
Accurate aerodynamic measurements in the hypersonic flow of large aircraft models in tunnels have practical significance, but pose a significant challenge. Novel aerodynamic force measurement methods have been propose... Accurate aerodynamic measurements in the hypersonic flow of large aircraft models in tunnels have practical significance, but pose a significant challenge. Novel aerodynamic force measurement methods have been proposed,but lack theoretical support. The forms of the force signals techniques for signal processing and calculation of aerodynamics are especially problematic. A theoretical study is conducted to investigate the dynamic properties based on models of the draw-rod system and slender rods. The results indicate that the inertia item can be neglected in the rod governing equation;further, the solutions show that the signals of each rod are a combination of aerodynamic signals(with a constant value) and sine signals, which can be verified by experimental shock tunnel results. Signal processing and aerodynamics calculation techniques are also found to be achievable via the flat part of the signals. 展开更多
关键词 hypersonic aerodynamic measurement theoretical study vibration
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Numerical investigation on evolution of cylindrical cellular detonation
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作者 王春 姜宗林 +1 位作者 胡宗民 韩桂来 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2008年第11期1487-1494,共8页
Cylindrical cellular detonation is numerically investigated by solving two- dimensional reactive Euler equations with a finite volume method on a two-dimensional self-adaptive unstructured mesh. The one-step reversibl... Cylindrical cellular detonation is numerically investigated by solving two- dimensional reactive Euler equations with a finite volume method on a two-dimensional self-adaptive unstructured mesh. The one-step reversible chemical reaction model is applied to simplify the control parameters of chemical reaction. Numerical results demonstrate the evolution of cellular cell splitting of cylindrical cellular detonation explored in experimentas. Split of cellular structures shows different features in the near-field and far-field from the initiation zone. Variation of the local curvature is a key factor in the behavior of cell split of cylindrical cellular detonation in propagation. Numerical results show that split of cellular structures comes from the self-organization of transverse waves corresponding to the development of small disturbances along the detonation front related to detonation instability. 展开更多
关键词 DETONATION cellular instability chemical reaction shock numerical simulation
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多重激波/激波干扰导致的进气道唇口处极端气动载荷的研究
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作者 林明月 杨帆 +1 位作者 胡宗民 韩桂来 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期113-124,共12页
对于以吸气式推进为动力的高超声速飞行器来说,多重激波/激波干扰将在进气道唇口诱导极端气动载荷,对飞行器热防护系统的设计提出更高的要求.本研究对由两道入射斜激波与弓形激波干扰产生的多重激波干扰流场下的壁面气动载荷进行了详细... 对于以吸气式推进为动力的高超声速飞行器来说,多重激波/激波干扰将在进气道唇口诱导极端气动载荷,对飞行器热防护系统的设计提出更高的要求.本研究对由两道入射斜激波与弓形激波干扰产生的多重激波干扰流场下的壁面气动载荷进行了详细的理论和数值研究.伴随射流流场和双射流流场是多重激波干扰流场的两种主要模式,分别对应两道入射斜激波诱导的超声速射流由滑移线或亚声速区分隔的情况.理论分析结果表明,在相同边界条件下,双射流流场诱导的壁面峰值压力近乎伴随射流流场的两倍.为了验证理论分析结果,开展了无黏瞬态数值计算.数值计算结果验证了理论分析给出的不同干扰模式下壁面峰值压力之间的大小关系.对比理论分析和数值计算结果发现,理论预测的壁面峰值压力略低于数值计算的值.同时,本文数值验证了由两个IV型超声速射流组成的双射流流场的存在. 展开更多
关键词 激波干扰 气动载荷 进气道唇口 热防护系统 峰值压力 吸气式 超声速射流 射流流场
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高超声速平板边界层数值模拟及试验研究 被引量:1
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作者 刘美宽 韩桂来 姜宗林 《气动研究与试验》 2023年第5期51-61,共11页
高超声速边界层是一个基础的科学问题。为了研究高超声速平板边界层的流场特性,结合数值模拟、理论求解和试验验证三种手段进行综合分析。数值模拟对二维Navier-Stokes(N-S)方程采用五阶精度的WENO格式离散对流项、六阶中心格式离散黏性... 高超声速边界层是一个基础的科学问题。为了研究高超声速平板边界层的流场特性,结合数值模拟、理论求解和试验验证三种手段进行综合分析。数值模拟对二维Navier-Stokes(N-S)方程采用五阶精度的WENO格式离散对流项、六阶中心格式离散黏性项,时间推进项采用三阶Runge-Kutta法。理论分析利用四阶Runge-Kutta结合打靶法求解得到可压缩平板边界层层流自相似解。试验验证利用中科院力学所JF-12复现风洞测试得到大尺度平板的壁面热流,大尺度的平板模型布置传感器达到了较高的空间分辨率,可捕捉到之前由于模型尺寸限制而被淹没的物理现象。研究发现,数值模拟高超声速平板边界层时可以通过给定自相似解的入口条件,规避前缘激波带来的影响;大尺度平板边界层试验重复性好,测量得到的热流在层流阶段与自相似解以及数值模拟得到的结果符合较好,可为现有的气体模型以及热物性参数模型的完善提供一种新的思路。 展开更多
关键词 平板 高超声速 边界层 转捩 数值模拟
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JF-12激波风洞在火星进入环境下的运行特性 被引量:7
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作者 韩子健 彭俊 +2 位作者 胡宗民 韩桂来 姜宗林 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期183-194,共12页
火星探测是目前国际深空探测的热点,而火星着陆是火星探测的关键技术之一,火星着陆器发展中面临的一个严峻的挑战是其气动环境远远不同于地球大气的空气。然而,现阶段大多数地面试验设备都是以空气为试验气体来设计的,而不是火星大气的... 火星探测是目前国际深空探测的热点,而火星着陆是火星探测的关键技术之一,火星着陆器发展中面临的一个严峻的挑战是其气动环境远远不同于地球大气的空气。然而,现阶段大多数地面试验设备都是以空气为试验气体来设计的,而不是火星大气的CO2。本文利用高温热化学反应流动数值计算技术,对JF-12反向爆轰驱动激波风洞在火星进入环境下(主要气体成分是CO2)的运行特性进行了计算模拟,通过调整激波管中驱动/被驱动气体的初始参数和高/低压段的截面积比,来模拟其中的波系产生、传播过程以及反射激波与接触面的相互作用机制。研究发现,相同情况下驱动CO2的缝合激波马赫数要明显高于空气,通过减小驱动气体的声速和低压段的直径,可以在驱动CO2时获得驻室压力稳定的试验气体。 展开更多
关键词 火星探测 反向爆轰驱动激波风洞 二氧化碳 缝合运行状态 驻室压力
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