管道系统激波运动的数值模拟

对激波在管道、活塞腔系统内运动的两种数值模型──一维非定常气体运动模型和二维轴对称气体运动模型，进行了数值模拟，其计算曲线（压力曲线、活塞速度、位移曲线）与相应的实验曲线符合较好，表明基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的激波运动计算方法能成功地处理含有激波且边界条件复杂的管道系统内气体运动问题，因而能较精确地预测管道系统内详细的压力变化过程，特别是预测激波在管道系统内的传播过程。     

激波在通道口部绕射反射研究

在地下工程研究和设计中,地面运动的高速空气冲击波进入通道后的波动问题是非常重要和急待解决的问题。为了弄清激波进入通道后的传播规律,我们利用新近研制的光学激波管和其他激波管设备,对侧向激波进入通道后的各种模型进行了系统试验研究,观察了激波进入通道后的波动图像,获得了一些很有价值的成果。本文介绍了试验方法和设备,描述了地面激波进入通道后在口部的绕射、反射波动图像和波后多旋涡运动规律,定量给出了通道口部绕射区压力变化曲线。     

激波管中获得低强度激波的方法

文中探讨了在相对高的驱动压比条件下获得低强度入射激波的变截面驱动方法(A4/A1<1)和等截面激波管中插入多孔板的方法.经实验比较等截面激波管获得的压力波形好,但过低驱动压比时膜片选择困难、实验重复性差.介绍的两种方法可以获得更低强度入射激波,但压力波形稍差,有进一步改善的空间.     

圆弧激波缓聚点火及后续燃烧传播

采用激波管实验和准一维数值模拟的方法,对预混可燃气体中圆弧汇聚激波的自点火现象及后续燃烧波的传播特性进行研究。其中圆弧汇聚激波由平面运动激波通过精确设计的弧形过渡管段转变得到。研究表明:收缩段中圆弧汇聚激波波后的非均匀梯度环境由激波在平直段、弧形过渡段和扇形收缩段中传播所分别诱导的3个梯度区共同构成。随着圆弧汇聚激波的不断增强,圆弧激波后某处首先形成一个无激波的温和反应区。该反应区逆流锋面的初期运动速度远超Chapman-Jouguet（CJ）爆轰波速,而反应产物区流动则呈现出一定弱爆轰波特征。进一步分析发现,该反应锋面本质上是一种"自发反应波"（spontaneous reaction wave）,而非常规意义上的动力学波,其速度与汇聚激波波后气流点火时间梯度的倒数吻合。而后,反应区的扩张速度很快降至CJ爆轰波速以下,伴随反应锋面附近激波的产生以及激波-火焰复合结构的形成。激波-火焰结构最终加速演变为反向传播的爆轰波。在一定的条件下,由于入射激波转变过程和汇聚所构造的特定点火环境,自发反应波可再次赶超爆轰波,成为新的燃烧波前;而当自发反应波速度再次低于CJ爆轰波速时,它将再次转变为爆轰波;在此过程中,原先的爆轰波阵面蜕变为反应产物中传播的激波。     

用激波-边界层被动控制降低运载火箭的脉动压力

一个箭头模型的跨声速风洞实验表明,用激波-边界层被动控制来降低运载火箭头部的脉动压力能获得明显的效果,自由流 M 数为0.87～0.88时,可使脉动压力系数△C_p%的最大值下降50～60%。实验得出了激波下方开孔表面的开孔率变化对脉动压力系数的影响规律:随着开孔率的加大,起初脉动压力系数的下降十分明显,后来△C_p%趋近一个极限值。结果还表明,在激波前采用45°前倾斜孔,在激波后采用直孔的开孔分布比全部采用直孔分布能获得更好的降低脉动压力的效果。所拍摄的纹影照片清楚地显示了采用激波-边界层被动控制后模型表面激波状态的变化。     

基于气体放电的高超声速激波结构显示技术

基于气体放电辐射强度与气体密度的相关性,在高超声速脉冲风洞FD-20中搭建了气体放电流场显示系统,并分别以平板模型、平板-方块模型和简化进气道模型为试验模型,在来流马赫数Ma=12.16、来流静压p≈106Pa的流场条件下开展气体放电流场显示技术研究。在平板实验中,气体放电方法较准确地观测到了电极之间的平板前缘激波结构,与纹影技术测得激波角相差仅为0.21°。在平板-方块实验中,气体放电方法观测到了2个截面（对称面和远离对称面截面）的激波结构,对称面波系结构与纹影和数值计算所得结果基本一致,远离对称面截面的波系结构与数值计算结果基本一致。在简化进气道实验中,气体放电方法观测到了内流道激波交叉形成的菱形结构,且尺寸与数值计算结果相差较小,约为7.9%。这些实验结果表明,在高超声速脉冲风洞中,采用气体放电方法可以获得清晰准确的激波结构,不仅可进行分截面激波结构观测,还可对被模型遮挡的内部区域激波结构进行显示,而且特别适合用于局部复杂流动波系结构的观测。     

激波对血液成分影响的实验研究

用自行研制的无膜激波管，研究在一定强度激波的作用下，激波对血液成分的影响。分析了激波与血液作用时的波系结构，得到了作用在血液上的透射激波速度和透射波波后压力的表达式。共对24组新鲜血液进行了对照实验，实验后的医学化验表明：激波对血液有相当强的作用，其中尤为明显的是作用后的血液中游离血红蛋白明显增多、血小板数减少。结果还表明这些变化跟激波作用的次数有一定的关系。文中对造成血液破坏的机制也作了初步的分析。     

激波与固体颗粒群相互作用实验研究

为了研究FAE武器、温压武器中燃料抛撒问题,在垂直激波管里进行了气-固两相流的实验研究.主要研究激波(Ma=1.96)与3种不同堆密度的石英砂颗粒群相互作用,用高速摄影仪对颗粒在抛撒过程进行图像捕捉,得到颗粒在抛撒阶段的速度.研究颗粒群在超声速气流下的运动规律以及激波对颗粒群加速的影响规律,分析激波通过颗粒群时气-固两相流中的动力学过程.定量分析颗粒堆密度对激波的影响,得出了固体颗粒群受到激波作用后抛撒过程中纵向和横向颗粒云团体积增加,颗粒云团平均浓度减少;颗粒群的堆密度与颗粒粒径、抛撒初速度、反射激波的强度都成反相关关系.     

非定常同向激波边界层干扰的实验和数值模拟

运动激波在波前同向气流中传播时与壁面附近边界层发生的相互作用,既不同于定常的激波边界层干扰,也与普通激波管中端壁反射激波与边界层的作用有很大差异。通过实验和数值模拟对这一问题进行研究表明,激波与边界层作用后,波面在壁面附近发生了明显弯曲,且触及壁面;弯曲的激波与壁面进一步作用后发生反射,由于波前气流速度不同,这种反射存在规则反射和马赫反射两种类型;由于激波反射,波后壁面附近形成了一个高压区;激波与边界层作用后,波后边界层内出现了一系列高低压区相间的流场结构。     

B/L湍流模型在强压力梯度流场计算中的应用

对在湍流计算中已得到广泛应用的Ｂａｌｄｗｉｎ／Ｌｏｍａｘ（Ｂ／Ｌ）代数湍流模型进行了修正。修正后的Ｂ／Ｌ模型考虑了压力梯度及物面引射速度对内层ＶａｎＤｒｉｅｓｔ衰减因子的影响。与此同时,文中还用修正的Ｂ／Ｌ湍流模型对亚声平板附面层流动、拉伐尔喷管内的正激波／湍流附面层干扰流动进行了计算。计算与实验结果比较表明,修正后的Ｂ／Ｌ模型不仅可以更准确地计算具有强压力梯度的激波／附面层干扰区内流动压力分布,而且还可以准确地预报激波／附面层干扰引起的流动分离,从而为Ｂ／Ｌ模型的工程应用开拓了领域。     

跨声速柔壁自适应风洞及试验技术研究

简述西北工业大学自适应壁风洞研究课题组在“八五”期间开展跨声速柔壁自适应壁风洞试验技术研究的主要研究工作成果。简介该校的高速柔壁自适应壁风洞的设计及主要参数，以及在该风洞中开展的低超声速消除波反射的研究、近声速的自适应壁风洞试验技术研究和跨声速自适应壁试验段优化设计的研究。     

激波过弯道绕山坡对三维物体的冲击效应研究

采用全息干涉技术在高速流态试验装置 (激波管 )上研究了激波过弯道绕山坡到达三维物体的整个过程的流场 ,还采用传感器压力测量技术对三维物体表面的压力分布进行了定量测量。结果表明 ,激波对三维物体与山坡的接合部、物体背风面及其拐角位置的影响是最大的 ;对于研究爆炸冲击波在复杂地形下对建筑物的冲击载荷有重要意义。     

动态节流下激波串运动特性的模拟和分析

为研究动态反压下的激波串特性，针对一种带凹腔的二元进气道/隔离段构型，在马赫数为6的来流下模拟了堵塞比从0.20增长到0.32再保持不变的动态节流流动，分析了堵塞比增长时间（1～10 ms）对激波串运动的影响。结果表明:激波串在节流变化初期向下游运动，随后向上游运动并最终稳定在某一位置。当堵塞比增长时间在5 ms以内时，激波串向下游和向上游运动的幅度分别为3 mm以内和约18 mm，且激波串运动滞后于节流变化，滞后时间随着增长时间的延长而缩短。当增长时间大于等于6 ms时，激波串可向下游运动到凹腔中部，幅度可达31 mm，并伴随着流动振荡；向上游运动幅度仍约为18 mm，激波串运动与节流变化近似同步。分析表明:较短增长时间工况下，激波串运动滞后主要是因为节流引起反压升高、传播时间大于堵塞比增长时间；较长增长时间工况下，凹腔内流动振荡主要是堵塞比增长初期凹腔亚声速区排出流量增加，回流区横向尺度减小，导致凹腔超声速区膨胀并出现“壅塞”，产生分离激波与回流区相互作用、发生振荡。工程设计时应考虑激波串运动的滞后及其对流动性能的影响。     

高速风洞投放试验弹射机构及试验研究

新一代战斗机超声速内埋武器投放需要进行分离安全性评估。针对内埋武器高速风洞投放试验的需求,设计了一套新型双气缸弹射机构。使用三维建模软件开展了弹射机构的结构设计。基于气缸无杆/有杆腔内压力方程、储气罐与无杆腔流量方程、有杆腔与大气相连的流量方程以及活塞驱动力方程等,建立了弹射过程的数学模型,并利用运动仿真软件对所设计的弹射机构进行仿真分析,验证了结构的合理性。设计了弹射机构伺服控制系统,利用电气伺服阀及相关控制元件实现对弹射机构的控制。在中国航天空气动力技术研究院FD-12风洞中开展了试验验证（马赫数1.5）。结果表明:当前后气缸压力不超过1.0 MPa时,载弹最大弹射速度可达5.68 m/s,满足设计要求与使用需求。     

非对称来流下隔离段内激波串受迫振荡流动实验研究

为探讨超燃冲压发动机隔离段内激波串受迫振荡区域壁面压力脉动特性,用非对称马赫数1.98的隔离段直连实验研究了低频周期性的脉动反压对隔离段内流动的影响.实验结果表明:隔离段能有效地隔离周期性反压脉动对上游未扰动流场的影响;反压脉动以第二特征波速向上游传播并影响了上游的壁面压力脉动,但在激波振荡区域,压力脉动主要受激波振荡的影响;厚附面层一侧的下壁面激波振荡区域内压力脉动前传时以指数规律衰减;薄附面层的上壁面激波振荡区域内压力脉动前传时却是波动的.     

一种用于RM不稳定性研究的竖直环形激波管的设计与验证

设计并加工了一套竖直环形同轴无膜激波管,可用于环形汇聚激波诱导下的Richtmyer-Meshkov 不稳定性实验研究。与前人工作相比,本文在流体界面的形成以及流场的观测方法上做了较大的改进。通过实验和数值方法,对该竖直激波管产生的环形柱状汇聚激波的参数进行测量和分析,验证了同轴激波管形成柱状汇聚激波方法的可行性和可靠性。在界面形成方面,采用细丝约束肥皂膜技术形成正八边形气体界面,并利用数值方法考察了细丝对界面发展的影响。结果表明在界面发展的前期,细丝的影响几乎可以忽略。利用连续激光片光结合高速摄影相机对流场进行观测,获得了正八边形air/SF6气体界面在环形汇聚激波及其反射激波冲击下的演化过程,并与数值结果进行了对比,获得了较好的一致性,进一步验证了汇聚激波的对称性以及细丝约束肥皂膜技术用于形成多边形气体界面的可靠性。     

2.0m高能脉冲风洞研制及其关键技术

中国航天空气动力技术研究院建设的2.0 m高能脉冲风洞(FD–21)是一座自由活塞激波风洞,该风洞拓展了中国航天空气动力技术研究院原有的试验能力.主要介绍了这座风洞的研制过程和若干关键技术.在吸收国外相关理论和经验的同时,独立解决了诸多关键性的气动问题,并通过逆向设计流程完成了风洞的气动设计.基于这些努力,高能脉冲风洞...     

金属板料的激光冲击变形分析及其实验研究

介绍了激光冲击变形机理和冲击波产生原因,并建立了激光冲击下的板料变形模型,且推导了板料变形量计算公式。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论,建立了激光冲击成形中激光-能量转换体-靶材系统爆轰波压力的估算式,并根据冲击波压力估算式估算所需激光脉冲能量,从而探讨了板料变形与激光能量、冲击波压力之间的关系,并进行实验研究。实验结果表明,板料厚度对变形量的影响与变形理论模型的分析基本相同,其变形量随厚度的增加而呈指数曲线减小,其轮廓形状也由小圆锥形逐渐向小球冠状变化。