冲击凹柱面靶板的流场结构实验

采用烟线法研究了冲击凹柱面靶板的流场结构。研究中改变冲击雷诺数Re,冲击距-冲击孔直径比H/d以及冲击靶面相对曲率d/D等参数,利用数码摄像机拍摄流场结构随这些参数的变化规律。研究结果表明:上述参数均影响了冲击凹柱面靶板的流场结构,而且影响规律表现出较强的关联性。实验中,随冲击雷诺数Re的增加或冲击距-冲击孔直径比H/d的减小,在冲击滞止区域两侧形成的稳定旋流结构与冲击靶板分离处的圆心角增大,分离推迟;同时在实验中发现冲击靶板的曲率半径和冲击导管直径之间存在一定的匹配关系(d/D)使流体沿壁面运动的距离最长。

平凹柱面换能器线阵声场研究

提出了一种用平凹柱面换能器作为阵元的新型一维超声线阵。将平凹柱面换能器线形排列构成线阵,建立阵元及线阵的声场分布的数值模型,对其声场分布受线阵参数的影响和对线阵声束的控制进行了研究,并对其声场进行了数值模拟。研究表明,可用平凹柱面换能器作为阵元构成线阵,线阵的指向性在阵元的长度方向上受阵元长度影响,在宽度方向上可通过调节线阵的参数实现,线阵声场在对阵元不加相控的情况下表现出聚焦特性,且其声束辐射方向及其焦点位置可通过阵元激励相位进行控制。在对检测深度变化较小的情况下,这种线阵可用来进行无损检测。

小冲击间距下带倾角冲击凹柱面流场结构实验研究

针对带倾角冲击凹柱面靶板的流动特性和流场结构研究,采用烟线法开展了流场显现实验研究,重点分析了旋流产生和发展的规律。试验中通过改变冲击雷诺数、冲击间距比(冲击间距和冲击孔直径之比)、冲击角度以及凹柱面相对曲率等参数,分析了涡出现的位置、结构等随这些参数的变化规律。研究结果表明:由于冲击射流同周围静止空气之间的粘性作用、气体在凹柱面上运动、脱离的共同作用下,带倾角冲击凹柱面靶板产生了不同的旋流结构。实验中,随冲击雷诺数的增加,在冲击滞止区域两侧流体冲击靶板分离处的圆心角增大,分离推迟;由于冲击角度的影响,相对冲击角度较小侧射流与壁面分离比在较大侧提前,且在相对冲击角度较小侧更容易产生旋流结构。实验中改变的参数均影响了旋流结构及其发展特性,并且影响规律表现出较强的关联性。

斜激波与内凹半圆柱面无粘相互作用

针对三维内转式进气道流动中激波入射内凹壁面主导的复杂波系干扰问题,采用斜激波入射内凹半圆柱面的简化构型,在来流马赫数为6的条件下,通过无粘数值模拟结合理论分析,研究了激波角β_(i)=14°~29°的斜激波在内凹半圆柱面反射形成的三维流场。结果表明,流场对称面均会出现显著高于二维情况的逆压梯度。当β_(i)≤25°时,从侧壁到对称面,斜激波经历了从马赫反射(MR)到规则反射(RR)的转变,形成了MR-RR型流场,转变点处产生的桥激波向对称面延伸,桥激波在对称面反射后产生的压力峰值高于二维斜激波反射;当β_(i)≥25°时,斜激波在侧壁和对称面均发生马赫反射,形成了MR-MR型流场,两种马赫反射分界点处产生的桥激波向侧壁发展,侧壁气流在对称面相撞后产生的压力峰值高于正激波后的压力;当β_(i)=25°时,流场存在MR-RR型和MR-MR型双解现象。通过降维分析理论,揭示了两类流场中转变点和分界点的形成机制,并厘清了桥激波的产生原因和初期演化特征。当β_(i)≥18°时,无粘激波干扰所主导的侧壁气流加剧向对称面汇聚,并在对称面附近产生流向涡对。无粘分析获得的认识,有助于揭示内转式进气道中流动汇聚和流向涡对等现象的形成机理。

受限空间内斜向冲击凹柱面流场结构试验

以冲击旋流强化换热为研究背景,通过粒子示踪的流场显示技术,对受限空间内斜向冲击凹柱面的流场结构开展了试验研究.通过改变冲击雷诺数、冲击角度、相对冲击间距(冲击间距和冲击孔直径之比)以及相对曲率(冲击孔直径同凹面靶板直径之比)等参数,分析了受限空间中,斜向冲击曲率表面后产生的涡系结构及其发展和变化规律.流场显现结果表明:随冲击雷诺数的增加,在冲击滞止区域两侧都能形成稳定的旋流结构,并且在受限空间的角部,进一步形成了诱导涡.试验中发现随着冲击雷诺数的增加,冲击气流与壁面分离处对应的圆心角增大,分离推迟;随着相对冲击间距值的增加,气流与壁面分离处对应的圆心角越来越大,相对于受限空间的大小,诱导涡的范围越来越小.由于冲击角度的影响,冲击射流在滞止区域左侧射流(相对冲击角度较小)与壁面分离比在右侧(相对冲击角度较大)提前,同时更容易产生旋流.

斜激波入射内凹半圆柱面湍流边界层数值模拟

针对三维内转式进气道中的激波/边界层干扰问题,提出了斜激波入射内凹半圆柱面的简化模型,在来流马赫数为6的条件下,采用数值模拟研究了气流偏转角θ=6°~14°的斜激波与内凹半圆柱面边界层的相互作用。结果表明,从上游至下游,斜激波与内凹半圆柱面干扰产生了以扫掠、入射及反射为主要特征的流动结构。斜激波扫掠内凹半圆柱面边界层诱发流动分离,分离激波与入射激波的干扰类型均从马赫反射转变为规则反射,不满足经典扫掠流场的准锥形特征。扫掠过程中产生的不断增厚的低能流向对称面汇聚,并进入由斜激波入射产生的分离区内,使得分离区长度增加。随着θ的增大,分离区的流谱呈现不同的形态,当θ≥10°时,低能流在对称面撞击后形成流向涡对,当θ=14°时,流谱中的旋风涡消失。当入射激波反射后,低能流集中在对称面处,其高度沿流向持续增加。随着θ的增大,内凹半圆柱面出口截面的总压恢复系数减小,而低能流区的总压恢复系数略有增大。

凹圆柱面内的波和回音壁

本文结合回音壁的声学特点分析了凹圆柱面内有关的波。当声源接近于凹面时，产生沿表面传播的波，文中给出声场的径向分布。文中还给出线源情形下各反射波的表示式和得到一次反射声焦散面的图解法。

凹弧圆柱面凸轮的加工坐标及其压力角计算

本文叙述了滚子齿式分度机构中凹弧圆柱面凸轮的加工坐标计算式，并详细讨论了该机构在各种情况下的压力角计算，为电算编程提供方便。压力角计算是设计该机构的重点，也是难点。文中在解空间向量时所采用的旋转变换张量法，是解空间向量问题的有力工具，该方法又可供类似问题求解时参考。

柱面光栅色散特性及其应用(英文)

基于椭球面光栅理论,提出柱面光栅概念,并对其衍射特性和集光本领进行研究。结果表明;在掠入射条件下凹柱面光栅具有与四球面光栅相似的衍射特性,但四柱面光栅可以方便地沿光栅母线方向划分成若干相同部分独立工作,因此,安装水平隔板的掠入射凹柱面光栅单色仪可以用于托卡马克等离子体的真空紫外(VUV)光谱时空分辨测量。

多功能多场景应用辐射定标光源光学系统设计

目前空间遥感相机地面标定设备缺乏对各种谱线分布的精确模拟以及无法实现同时进行宽带和窄带的光谱辐射定标,导致空间遥感相机地面辐射定标精度低、宽带和窄带定标过程漫长复杂、无法实现多谱段光谱范围辐射定标测试。针对上述难题,提出一种基于前置准直扩束系统凹柱面光栅的光谱辐射定标系统的设计方法,针对凹柱面光栅的场曲特性,设计了楔形场曲补偿棱镜,并通过准直扩束系统减小系统的成像视场,提高凹柱面光栅分光系统的光谱分辨率,将整个系统的光谱分辨率提升了1倍多,由5 nm提升至2 nm。最后,对系统性能进行了测试,测试结果表明在宽带模式下,实现了500~900 nm光谱范围内3 000 K、6 400 K和9 000 K色温模拟,模拟误差优于5%;在窄带模式下,系统输出光束半峰宽度小于3 nm;在多谱段模式下,等能光谱的光谱模拟误差分别为545~600 nm处1.1%、630~690 nm处2.5%、680~725 nm处1.5%。所设计的系统满足空间相机、姿态导航系统以及遥感仪器的宽带、窄带辐射定标和多功能测试标定需求。