基于线阵相机的水下射弹动态参数及超空泡演化过程测量方法

针对水下环境恶劣、光线条件差、难以拍摄并复原高速射弹运动姿态及其超空泡演化过程等问题,采用线阵相机的交汇测量原理,设计基于线阵相机的水下射弹图像采集系统、搭建基于双线阵相机的图像采集靶面,提出一种针对水下高速超空泡目标识别与弹形复原算法。利用超空泡射弹几何关系与相机标定数据推导出射弹过靶坐标、姿态角与过靶速度公式,搭建12.7 mm滑膛枪垂直发射入水实验,对系统的可行性进行验证分析。实验结果表明:该系统能够有效地进行水下射弹图像的快速采集,较完整的对弹形及空泡形态进行分离与复原,解算出射弹水下运动速度、姿态角及超空泡形态参数;系统解算出的速度与同时部署的高速摄像所处理的速度误差在1%以内,证明该系统具有较高的可靠性与实用性。

铜/钢爆炸焊接复合界面的显微组织及晶粒结构演化机理

采用光滑粒子仿真、先进表征和理论分析相结合的方法,对铜/钢复合材料爆炸焊接过程中的界面瞬态行为进行深入研究,并详细阐述其显微组织演化机制。根据仿真数据重构波形完整的演化过程,并揭示各种界面特征的形成机制。多尺度EBSD分析表明,界面附近区域呈多样性的晶粒结构,其演化机制主要受塑性流动、动态再结晶和凝固形核三个过程的控制。最后,通过纳米压痕实验建立晶粒结构与力学性能之间的关系。

旋转爆轰发动机内煤粉-氢气两相爆轰流场数值研究

旋转爆轰发动机因其较高的热循环效率在航空航天领域备受关注。为了研究气固混合燃料在空气氛围中的旋转爆轰特性,在圆柱坐标系中建立了气固混合相燃料爆轰理论模型,并基于三维守恒元与求解元方法,对圆盘形燃烧室内的爆轰过程进行三维数值模拟。计算获得了气固混合相旋转爆轰波稳定传播时的流场结构,分析了爆轰流场的热力学参数分布特征、化学反应区分布以及旋转爆轰波后的波系分布特点。研究结果表明,微米级煤粉在氢气辅助作用下可快速反应并支持旋转爆轰波的稳定传播,但因盘形燃烧室的扁平结构特征和非预混喷注方式,导致爆轰波波阵面呈现为不规则的曲面。煤粉和氢气射流穿透空气层的能力差异导致气固混合燃料的化学反应区发生分离,最终以双反应区的爆轰组织形式支持旋转爆轰波稳定传播。旋转爆轰波不规则的曲面结构使其在扁平的燃烧室中发生多次反射,进而在爆轰波后有规律地出现多道反射激波。

激波与轻质气柱作用过程的磁场抑制特性

本文采用CTU(corner transport upwind)+CT(constrained transport)算法求解理想可压缩磁流体动力学(magneto-hydro-dynamic,MHD)方程,仿真研究了不同方向磁场控制下高斯分布轻质气柱界面受平面冲击波扰动后的演化过程,揭示了磁场方向对界面不稳定性的影响机理.仿真结果探讨了有/无磁场作用下流场特性与波系结构的发展,对比分析了磁场方向对气柱的长度、高度、射流宽度和体积压缩率的影响,并结合流场上半区环量、能量分量、速度和磁场力分布,多角度分析了磁场方向对界面不稳定性的影响机理.结果表明,磁压力推动涡量远离界面,降低了涡量在密度界面上的沉积而附着在分裂后的涡层上,从而有效抑制Richtmyer-Meshkov不稳定性对界面的影响;由于磁张力附着在被分离的涡层上,且其作用方向与界面因速度剪切而卷起涡的方向相反,因此抑制了界面因Kelvin-Helmholtz不稳定性而形成涡串.另外,纵向磁场控制下的磁张力反作用于中轴射流方向,同样抑制了Rayleigh-Taylor不稳定性的发展.

燃烧室结构对煤油预燃裂解气旋转爆轰特性的影响

在固定来流条件下,改变旋转爆轰燃烧室宽度和出口阻塞比,实验研究上述结构对煤油预燃裂解气与空气旋转爆轰传播特性的影响。实验结果表明:适宜的燃烧室宽度和出口宽度能够促进旋转爆轰波(Rotating Detonation Wave,RDW)的稳定自持传播,当燃烧室宽度为20 mm和26 mm,燃烧室出口宽度为4~8 mm时,煤油预燃裂解气和空气能够成功起爆并能稳定传播,增加燃烧室的宽度,RDW传播速度和稳定性均有提升;随着出口阻塞比增加,RDW传播模态经历了稳定单波模态、间断单波模态和双波同向模态,阻塞比的增加能提升燃烧室末端反射激波的强度,促进多波头的产生,RDW传播速度和压力随着阻塞比的增加,经历了升高后降低的变化。

一种基于磁阻式线圈的模拟冰雹发射装置设计与仿真

基于光伏板模拟冰雹撞击试验的实际需求,开展了磁阻型线圈发射装置与脉冲功率源之间的匹配性研究。通过理论对续流前置型和续流后置型两种基本脉冲放电电路进行了适用性分析,结果表明,续流前置型脉冲放电电路与发射装置具有更优的匹配性。针对发射过程中剩余脉冲电流的反向制动问题,设计了一种可以快速消除剩余脉冲电流的泄能电路,用于改进续流前置型脉冲放电电路的拓扑结构,进一步提高其适用性,并借助仿真进行验证。结果表明,泄能电路能快速消除剩余脉冲电流的反向拉力影响,使抛体的发射性能显著提高,抛体出口速度相比传统放电电路提升50.8%,系统发射效率提高127.5%。该项研究可为磁阻式线圈发射技术应用在模拟撞击试验领域的研究提供参考。

静电火花感度仪中针板电极间隙击穿过程的仿真与分析

为了研究静电火花感度仪中针板电极间隙的击穿特性,根据流注放电理论,建立了流体动力学-化学反应混合模型,对针板电极间隙的击穿放电过程进行了数值模拟。计算表明,在不同的放电初始条件下,流注头部电场强度、流注发展速度、电子平均能量等参数的时空演化表现出明显差异。击穿过程受针电极形状、针板间距、外加电压、气体压强等因素影响并呈现如下规律:减小针电极直径、头部曲率半径或针板间距,以及提高电压,均能增大流注头部电场强度并加快流注发展;增大气体压强,会使流注头部电场强度增大,电子平均能量减小,流注发展减慢。研究结果可以为静电火花感度试验装置的设计提供一定的理论依据。

气固两相粉末燃料爆轰及其推进应用研究进展

粉末燃料因其能量密度高、稳定性好等优势,作为爆轰推进动力系统的燃料或添加剂,具有广阔的应用前景。根据气固两相粉末爆轰的燃料种类进行分类,并以指导粉末爆轰推进技术应用为导向,回顾粉末燃料在氧化剂氛围以及气体燃料/氧化剂氛围中起爆特性和传播特性的国内外研究进展,并对二者进行理论和工程技术的研究归纳,概括影响气固两相爆轰起爆和传播特性的因素以及重要的研究结论。从应用前景、推进性能、难点与挑战等角度对两相爆轰发动机研究进行综述,在总结发动机数值和实验研究现状的基础上,对未来需要开展的研究工作进行展望。

基于电磁力的机翼非接触式加载试验平台特性研究

目的研究分析基于电磁力的非接触式翼面加载的可行性与适用特点。方法利用多匝铜线绕制的驱动线圈,通入大电流产生强磁场,柔性线圈贴附于机翼表面,柔性线圈中的电流与强磁场相互作用产生较大的电磁力,实现对翼面的稳定加载。建立电磁力加载仿真计算模型,基于该模型分析不同线圈结构时电磁力特性,并设计力学加载平台,开展试验测试。结果对比了柔性线圈和薄铁片2种电磁力加载方式的不同,柔性线圈产生的电磁力比薄铁片小,但具有更好的线性度和可控性。上下布置2个驱动线圈能产生更大电磁力,但需要使2个驱动线圈电流方向相反,电流方向相反时产生的电磁力比方向相同时增强了16倍。减小驱动线圈间距,使柔性线圈靠近驱动线圈,也能显著提高电磁力。开展了力学加载平台试验,柔性线圈产生的电磁力达到57 N,并可持续加载320 s。结论通过试验验证了提出的基于电磁场非接触式翼面加载的可行性,柔性线圈易贴附于机翼表面,可为复合材料、复杂翼形的力学加载测试提供一定参考。