大尺寸自由活塞激波风洞自由流参数诊断方法

高焓激波风洞自由流具有一定程度的热化学非平衡,使得流场参数的确定存在困难。针对大尺寸自由活塞高焓激波风洞的总温2 700~4 700 K、总压5.6~20.3 MPa条件,采用非接触吸收光谱技术、接触测量技术等测试技术,结合多温度多组分数值模拟方法,共同诊断喷管名义马赫数10出口自由流的参数。结果显示,温度测量值与计算值最大偏差小于7.5%,速度测量值与计算值最大偏差小于5%,NO浓度测量值与计算中最大偏差小于12%。

吸气式飞行器连续变马赫数风洞试验技术

为研究吸气式飞行器加/减速引起的进气道起动/再起动现象,以及该过程导致的飞行器整体气动性能突变问题,基于二维楔面激波机理,在1.2 m量级风洞中开展了超声速连续变马赫数试验技术研究,通过研制激波发生与控制系统,实现了一次风洞试验过程中马赫数连续可调。该技术方案具有马赫数调节简单、响应快,马赫数控制可靠、精度高等特点。流场校测表明,瞬时变马赫数区域流场品质满足国军标要求,可开展基于马赫数连续变化的测力测压等风洞试验。在进气道动态特性验证试验中,成功捕获了连续减速状态下进气道由起动到不起动的动态过程,临界状态特性与仿真结果一致性较高。

爆破冲击波在台阶法隧道内的传播特性研究

为了解决目前隧道施工过程中掌子面开挖爆破产生的冲击波容易造成工程灾害的问题,基于宁攀高速胜利隧道台阶法开挖的实际情况,采用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA及现场测试的方法研究冲击波在隧道上下台阶区段的传播规律。研究结果表明:初始冲击波传播至下台阶断面时先扩散至中上区域,与拱顶及侧壁碰撞反射后再传播至下部区域;冲击波在下台阶段0~10 m范围内,经多次反射叠加形成提升幅度约30%的第2次超压峰值;冲击波由上台阶较小断面进入下台阶较大断面传播时,超压衰减速度相对加快,过渡界面前后10 m范围内衰减系数由1.01%最高提升至1.05%。现场实测数据与数值模拟结果在上下台阶段得到的波形传播规律基本一致,验证数值模拟的可靠性。研究结果可为实际工程中爆破冲击波在变截面隧道中的控制措施提供参考。

克泥效特性试验及其在盾构穿越施工中的应用

为研究盾构掘进过程中克泥效浆液对开挖间隙的充填及其减小地层变形的作用机制,结合北京地铁17号线盾构隧道超近距离穿越北京首都国际机场线既有运营隧道的工程实例,采用物理、力学特性试验和数值模拟计算等方法,对盾构下穿既有隧道施工时的变形规律与克泥效工法的作用机制开展研究。结果表明:1)随着克泥效浆液质量浓度的增大,其渗透性明显减小;当克泥效浆液的质量浓度为400 kg/m3时,能够阻止同步注浆浆液向前流窜,对开挖间隙的充填、支护效果最佳。2)克泥效浆液能使盾壳与土体之间的摩擦力降低50%,并且能够避免盾壳周边土体发生超固结而出现剪切破坏和体积膨胀,从而减小下穿施工过程中对既有线结构的影响。3)在盾尾脱出后15环之内使用水泥-水玻璃1∶1配比的双液浆进行径向注浆,能有效减小既有隧道沉降。4)数值模拟结果揭示出采用克泥效浆液充填盾构开挖间隙后不仅能大幅减小施工沉降,还能有效抑制沿隧道轴线方向的地层位移。

长试验时间爆轰驱动激波风洞技术研究

地面试验是先进高超声速飞行器研制的主要手段之一,获得满足高超声速气动实验研究的长时间高焓气流是发展激波风洞技术的关键难题之一.依据反向爆轰驱动方法,针对满足超燃试验有效时间的要求,讨论了爆轰驱动激波风洞运行缝合条件匹配、喷管起动激波干扰控制和激波管末端激波边界层相互作用等因素对激波风洞试验时间的制约及其相应的解决方法.应用这些延长试验时间的激波风洞创新技术,成功研制了基于反向爆轰驱动方法的超大型激波风洞,试验时间长达100ms,并有复现高超声速飞行条件的流动模拟能力.

长试验时间激波风洞测力技术研究

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.

激波风洞气动力试验不确定度影响因素分析

参考北大西洋公约组织和AIAA推荐的风洞试验数据不确定度计算方法,结合激波风洞运行特点,确定激波风洞气动力试验的主要误差源,计算激波风洞B-2标模气动力测量结果的不确定度。采用改变单一变量的方法计算主要误差源对测量结果不确定度的影响程度,辨析对不确定度起主要作用的基本参数。计算结果表明:皮托压力和总压的测量结果对流场参数影响显著,皮托压力的测量结果比总压测量结果对流场参数与气动力测量结果影响更大;降低皮托压力和总压的偏离极限,有利于提高激波风洞气动力试验数据的质量。

烧蚀端头锥模型激波风洞试验研究

介绍了在激波风洞中用压电天平进行1m量级烧蚀端头大模型五分量气动力试验研究情况。试验目的是测量出烧蚀端头模型的Cm0和Cn0,以期为端头烧蚀模型的Cm0和Cn0换算到全尺寸飞行器下提供试验依据。针对设计部门关心的Cm0和Cn0测量,在天平设计上采取了粗短主体结构另配支杆的方式;在风洞试验中采用正负攻角等较为有效的方法。风洞试验主要结果如下:烧蚀变形对锥模型轴向力影响较大,对其余的气动力分量影响值较小。在0°攻角下Cm0为10-4量级,Cn0为10-3量级,配平攻角约为0.028°。由此表明:激波风洞压电天平能够测量该烧蚀端头模型的小Cm0和Cn0。

非均匀来流下等压力梯度曲面压缩系统的试验研究

根据激波和膨胀波理论,设计了Ma=5.3等压力梯度曲面压缩系统。在Ma=3.85和Ma=5.3的小高超风洞完成均匀来流试验,并利用风洞壁面自然发展的附面层进行非均匀来流等压力梯度曲面压缩系统性能试验。试验发现:均匀来流下,试验模型壁面压力均按照等压力梯度规律分布,但来流马赫数Ma=5.3时出口流场均匀性较差;非均匀来流下,大量的附面层吸入不仅影响壁面压力不再呈等压力梯度分布,而且对出口流场均匀性影响也极大。

超音速子母弹分离气动干扰风洞试验

对超音速飞行子母弹分离气动干扰特性进行了风洞试验研究,给出了试验模型、试验方案、试验测试系统和干扰试验结果,其中母弹模型为抛出子弹后的弹体形状.试验反映了母弹模型头部激波对不同相对位置、不同姿态子弹模型的气动干扰特性.试验结果表明,子弹弹头在母弹弹头激波层时,干扰最为显著.根据干扰特性提出了工程应用的初步改进措施.

非对称来流隔离段流动特性研究

设计了针对非对称超声速来流矩形隔离段流场研究的直联式试验风洞,在模拟进气道出口流场的各种非对称进口条件下进行了吹风试验。研究发现,随隔离段进口流动非对称程度的增加,在相同的进出口压比下,激波串长度增加;在同样的激波串长度下,隔离段耐受反压的能力下降。首次提出表征非对称入口条件的非对称度因子Dδ和Dθ,并将因子Dθ引入到矩形隔离段激波串长度计算公式,得到了预测非对称来流隔离段激波串长度的新公式,该公式预测激波串长度与实验结果吻合良好。

激波风洞超燃冲压发动机推力测量技术研究

为满足高马赫数超燃冲压发动机研制的需求,在激波风洞中开展了超燃冲压发动机推力测量技术研究工作,采用压电式推力测量天平测量了超燃冲压发动机模型上的推力。根据试验模型的受力特性进行了天平设计与校准研究,并在激波风洞中开展了验证性试验。在天平设计中,采用有限元力电耦合分析方法对天平性能进行了预估。分析结果表明:天平主分量的灵敏度可达到17.447 mV/N,一阶振动模态可达到1 022.40 Hz。在验证试验中,分别测量了超燃冲压发动机模型在喷注和不喷注燃料条件下的推力。试验结果表明:在2种试验状态下,发动机阻力差值最大约220 N,说明设计的压电式推力测量天平可分辨出不同试验条件下作用在发动机上的推力大小。

穿越断层破碎带隧道设置减震层的振动台模型试验

以某高地震烈度区穿越断层破碎带的铁路隧道工程为依托,开展设置减震层的振动台物理模型试验,介绍试验方案及过程,包括试验装置、试验内容、模型相似比、模型箱体设计、相似材料、测试方案及传感器布置、地震波输入及加载制度等,并对设置减震层的减震效果进行分析。试验结果表明:对高地震烈度区穿越断层破碎带隧道振动台模型试验的设计方案合理可行,设置减震层是一种降低地震荷载作用下衬砌的内力峰值,提高隧道抗震性能的有效手段。

激波/边界层相互作用诱导的激波风洞气体污染问题

应用多组分NS方程和频散可控耗散格式(DCD)计算了爆轰驱动激波风洞中反射激波/边界层/接触面的相互作用过程,分析了驱动气体与试验气体在壁面射流作用下的掺混机制及其对风洞试验时间的影响.为了延长风洞的试验时间,提出在风洞贮室内增设环形隔板,以隔离壁面射流,延长风洞试验时间的方法.计算结果表明:环形隔板确实可以限制驱动气体与试验气体的过早掺混,显著增加激波风洞的有效试验时间.

数码电子雷管在城镇浅埋隧道减振爆破中的应用

在建筑物密集且部分建筑物抗震性能差的城镇地区地下,进行浅埋隧道爆破开挖施工,只有采用减振控制爆破技术才能使地表建(构)筑物免受爆破振动的危害。以重庆在建的渝利铁路长洪岭隧道下穿江池镇区间为工程背景,针对地表民房密集、房屋抗振等级低,爆破控制标准要求严格,通过数码电子雷管和非电毫秒雷管爆破对比试验,形成数码电子雷管减振爆破技术,保证隧道安全快速通过江池镇。试验表明:数码电子雷管引起的爆破振动降低50%～60%,炮孔利用率达到98%,全断面爆破进尺控制在3m左右,不仅降低了振速,而且改善了爆破块度,还保证了施工进度。

减震层减震原理及跨断层隧道减震技术振动台试验研究

通过波函数展开法给出平面SV波入射下深埋圆形隧道'围岩—减震层—初期支护—二次衬砌'减震结构的动力响应解析近似解,分析了减震层厚度、弹性模量对衬砌结构动应力集中系数的影响,并开展了跨断层隧道抗减震研究大型振动台模型试验,通过分析跨断层及其设置减震层后隧道衬砌动力响应特性和破坏形态,得到以下有益结论:减震层与围岩弹性模量比越低,减震层厚度越大,衬砌动应力集中系数越小;减震层与围岩弹性模量的最优减震比在1/10~1/20,最优减震层厚度不宜大于0.2 m;跨断层破碎带隧道设置减震层可以明显降低跨断层衬砌结构加速度峰值和衬砌动应变幅值;断层处隧道衬砌裂缝分布数量多、复杂,多集中于拱脚、拱肩,并分布有剪切错动引起的环向裂缝,设置减震层后,断层处隧道衬砌裂缝明显减少,衬砌受力得到明显改善;断层处地表出现了平行断层方向为主的的贯通裂缝和大量斜裂缝,说明断层处以剪切破坏为主,设置减震层后,地表裂缝明显减少。

咽式高超声速进气道试验与计算研究

采用试验和计算方法研究了一种三维曲面内收缩咽式进气道的流场结构。从理论、试验、计算结果中给出了咽式进气道流动特征;提供了大内收缩比进气道在常规高超声速风洞进行试验的方法和技术;并对咽式进气道内偏航激波、俯仰激波、附面层之间的复杂作用产生的三维涡旋流场结构的成因进行了解释。

隔离段进口非对称来流对激波串结构的影响(英文)

考虑进气道出口流场的影响,设计了针对非对称超声速来流矩形隔离段流场研究的直联式试验风洞,模拟进气道出口流场的各种非对称进口条件进行了吹风试验,并测量了隔离段壁面静压和隔离段进口皮托压力。研究发现,随隔离段进口流动非对称程度的增加,激波串长度增加而隔离段耐受反压的能力下降。考虑了隔离段进口流动非对称的影响,对Billig-Waltrup的激波串长度公式作了改进,故提高了激波串长度预测的精确程度。

山岭隧道洞口段设置减震层的振动台模型试验研究

为了解减震层在地震过程中对隧道衬砌及围岩仰坡动力响应的影响,针对山岭隧道洞口段开展振动台物理模型试验研究,模型试验按有无减震层分为两组工况。试验结果表明:减震层的存在可以有效减弱洞口段衬砌加速度与位移的放大效应,减弱围岩振动向衬砌的传递;衬砌的应变反应在设置减震层后明显减小,特别是应变反应较大的两侧拱肩和拱脚位置,减震层的设置使衬砌的动应变接近均匀,随着地震次数的增加,减震层并不会失效,减震效率反而会有所增强;而减震层的设置不能改变围岩的加速度反应,坡面随高程的放大效应依然明显,较易发生局部的滑塌破坏,特别是高位滑塌,但坡面均为浅层破坏,不会对衬砌产生附加荷载作用,但需要注意的是滑塌的围岩会掩埋洞口,将严重影响隧道的正常使用。

JF12长实验时间激波风洞10°尖锥气动力实验研究

介绍了在中国科学院力学研究所JF12长实验时间激波风洞上开展的10°尖锥标模的天平测力实验研究结果.JF12激波风洞的实验时间为100~130 ms,名义Mach数为7.0,喷管出口直径为2.5 m,总焓为2.5 MJ/kg,复现了35 km高空的飞行条件.采用六分量应变天平,攻角分别为-5,0,5,10和14°,模型长度为1.5 m,质量为50 kg.实验结果表明,在100~130 ms的实验时间里,应变天平的输出信号含有3~4个完整周期,可以通过对天平的输出信号进行平均直接获得气动力/矩测量结果,而不再需要进行加速度补偿,且气动力系数重复测量的不确定度小于2%.JF12激波风洞气动力系数的测量结果与传统高超声速风洞的结果符合得较好,表明在2.5 MJ/kg的总焓下,真实气体效应对该模型气动力特性的影响不明显.