电弧加热器高温流场激光吸收光谱诊断

气流温度和组分粒子数密度是定量评估电弧加热器运行参数和流场品质的关键，常规测试手段难以适应电弧加热器内高温气流的恶劣环境，电弧加热器等离子体气流诊断研究一直缺乏有效手段。本研究应用激光吸收光谱技术，选用原子O（777.19nm）谱线，基于局部热化学平衡等离子体假设，对电弧加热器内高温离解空气（＞5000K）试验气流进行在线诊断。试验测得了总焓H₀=15.8，17.4MJ/kg 2组工况下，电弧加热器内等离子体气流温度和原子O粒子数密度。2组工况获得平均气流温度分别为5843和6047K，对应高温平衡气流表获得气流温度为5950和6335K。测得加热器运行稳定后2组工况的原子O总粒子数密度在（1.1~1.2）×1018cm-3之间，低能级5S₂0粒子数密度在（1.0~1.6）×1010cm-3之间，2组工况原子O总粒子数密度的差异与NASA-CEA平衡计算结果一致，验证了电弧加热器气流局部热力学平衡假设的有效性。本研究工作验证了激光吸收光谱技术可作为高焓电弧加热器常规诊断手段。     

原子谱线参数的辨识方法

在一种原子谱线参数测量的辨识方法基础上编制了一套原子港线参数辨识的标准软件。用此软件对纯氩和氩、氮混合非平衡电弧等离子体射流的原子谱线进行了处理，获得了射流的电子温度、气体平动温度、电子和原子数密度。状态诊断表明；实验条件下的等离子体射流除中心点为ＬＴＥ外非平衡效应是非常显著的。     

电弧风洞中基于TDLAS的气体温度和氧原子浓度测试

电弧风洞是对防热材料/结构进行地面考核的关键设备,其流场参数是评估设备性能和品质的关键数据。由于高温气流的恶劣环境,尚无有效诊断手段。本文使用可调谐二极管吸收光谱技术(TDLAS),针对气流中氧原子,选用氧原子特征吸收谱线(λ=777.2nm),测量了电弧风洞中水冷平头圆柱体模型脱体激波后的气体温度和氧原子数密度,试验测量与工程计算结果较为一致。试验显示出TDLAS具有高温电弧风洞应用的潜在优势。     

高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置

笔者在已研制的壁稳电弧等离子体发生器基础上,改进了阳极结构、加置Laval喷管,建立了一套可长期连续运行的高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置,超声速电弧射流的不稳定度为1％(纯氩)和3％(氮氩),电弧射流具有很好的稳定性、再现性和对称性。测量表明：超声速电弧射流的电子温度沿流动方向呈现出波浪形周期升降的变化规律。     

惰性气体?空气混合电弧流场特性研究

理论上小流率惰性气体添加到大流率空气电弧中不会影响对热防护材料的性能评估。采用控制电弧电流和惰性气体质量流率的方法,在电弧风洞实验平台上研究了分别在空气电弧中添加氦气（He）、氖气（Ne）、氩气（Ar）、氪气（Kr）等惰性气体?空气混合电弧的特性,测量了超声速喷管出口驻点热流密度、驻点压力和出口气流平均焓值等参数,分析了电弧电流、气体总质量流率、惰性气体质量流率占比等因素对流场特性的影响。实验结果表明:氦气质量流率占比11.46%、总质量流率0.2 kg/s、电弧电流1300 A条件下的氦气?空气混合电弧的出口气流平均焓值和热流密度分别比纯空气电弧增加了6.07%和1.02%;氖气、氩气和氪气等惰性气体?空气混合电弧在超声速喷管出口的焓值和驻点压力均低于纯空气电弧,且随混合气体总质量流率和电弧电流的增大而增大,其增大程度与添加气体介质的种类和质量流率占比有关。     

发射光谱诊断电弧加热器漏水故障的试验研究

电弧加热器是飞行器热防护系统地面考核试验的首选设备。电弧加热器在运行时，由于其电极工作在高温环境，普遍采用高压水进行冷却，试验中存在着由于电极烧穿漏水导致加热器严重烧损的风险。由于高温气流的恶劣环境，目前尚无有效监测手段。本文作者建立一套以氢原子Hα（656.28nm）和氧原子（777.19nm）发射谱线作为目标谱线的发射光谱监测系统，通过分析电弧加热器故障条件和正常运行下高温流场中的发射光谱特性，诊断某高焓电弧加热器因烧蚀出现的电极漏水故障，并在考虑温度误差的前提下对该光谱测量系统测量灵敏度进行评估，获得了A、B两种试验状态下的漏水探测极限:A状态下约为1.85～0.94g/s；B状态下，2.12～0.98g/s。试验结果表明，发射光谱应用于电弧加热器漏水故障诊断是切实可行的。     

中红外吸收光谱测量激波风洞自由流中 NO 浓度和温度

JF-10氢氧爆轰驱动激波风洞内的高焓自由来流气体中含有因电离和离解等非平衡过程产生的微量组分。利用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),对自由流中 NO 微量组分的浓度和温度进行测量,有助于定量理解气体电离和离解这一非平衡过程。本实验中,JF-10氢氧爆轰驱动激波风洞实验段内压力为百帕量级,在谱线加宽中多普勒加宽占据主导,多普勒半高宽可由分子平均热运动速度获得,其半高宽与温度的平方根成正比,因此选取一条吸收谱线并准确测定其多普勒半高宽即可得到温度和浓度。本实验中采用中红外量子级联激光器(Quantum Cascade Laser),选取1909.7cm-1附近6条吸收线作为吸收线,在2kHz 的扫描频率下,采用直接吸收-波长扫描法进行 NO 温度和浓度测量。实验测得自由流中 NO 平均分压约为0.33Pa,自由流平均温度约为600K。     

一种中心电弧等离子体发生器的理论模型与实验研究

电热化学发射中,烧蚀毛细管等离子体发生器的放电是电能转化为热能的重要阶段。目前,国内外的研究主要集中在对喷管式的毛细管进行实验和理论分析。但喷管式的毛细管却有其不可克服的缺点。因此,笔者提出了采用中心电弧式的毛细管,并从理论上对其进行了描述,同时针对一种通用的材料———聚乙烯在多种贮能条件下进行了放电实验研究,得出了一些规律性的认识。实验表明:中心电弧等离子体发生器在电弧稳定性以及能量转换等方面都有独特的优点。     

TDLAS测量甲烷/空气预混平面火焰温度和H_2O浓度

基于可调谐二极管激光器吸收光谱技术(TDLAS)建立了温度和H2O浓度测量系统,利用光谱数据库Hi-tran2004在1393nm附近选择了在500～1300K有很高测温灵敏度的两条水吸收线:7168.437 cm-1,7185.597 cm-1.在1kHz的扫描频率下,利用直接吸收-扫描波长法对甲烷/空气预混平面火焰进行测量,并进行边界层修正,与热电偶的对比结果显示,在温度区间1100～1350K,两者最大相差80K(6.7%);水蒸气组分浓度与计算值平均相差小于0.02(10%).     

TC4板料电辅助加热数控渐进成形工艺分析及优化

采用有限元分析软件MSC.Marc对TC4板料的电辅助加热渐近成形进行了数值分析,研究了进给速度、层距和电流等因素对工具头受力、板料温度和应变的影响规律.通过成形实验对数值分析进行了验证,并提出了工艺优化方法.实验表明:电流是影响TC4板料成形性能和温度的最主要因素,最佳成形温度为500～600℃.加工后板料的强度极限降低约10%,硬度增高14%左右,为该技术的应用提供了工艺指导.     

动态法测量飞行器气动静稳定性的研究

本文介绍了风洞中进行模型气动阻尼特性试验的同时,获取飞行器气动静稳定性数据的基本原理。根据动态试验的频率数据,计算了五种再入外形的俯仰力矩系数的攻角导数,并与五座风洞中得到的大量静态试验数据做了比较。表明由动态法获得的静稳定性数据是可信的;并且易于观察粘性对稳定性的影响;在零攻角(或配平角)附近,动态法比静态法显示出更多的合理性。     

降低跨、超声速风洞噪声的方法

本文叙述了跨、超声速风洞的噪声危害、来源及降低噪声的方法,着重叙述风洞消声器的消声原理与结构。     

风洞天平校准的因子法、正交法及单元校

本文证明瑞典航空研究院天平校准用的因子法与我国多元校用的正交法同属正交法。这不仅有助于正确认识这两种方法,而且对多元校实现自动加载会带来方便。从天平静校与风洞实验结果看,用单元校、因子法与正交法对天平校准将具有相同的准确度。本文提出载荷状态变化量并以其为标准来计算三种校准方法的加载量时发现,单元校的载荷状态变化量最少,因而其加载劳动量也最小。但是,单元校时必须重视对静校装置寄生分量的分析,而因子法与正交法则具有对静校装置寄生分量的平均效应。显然,本文的主要论点与国内一般看法不同且有新意,这将有助于对校准方法的研究,同时对静校装置的应用和设计都将会是有益的。     

用电荷耦合器件测量激波辐射

用电荷耦合器件作摄谱探头，进行激波辐射的测量，解决了测量中遇到的同步问题。测量结果与一米光栅摄谱仪的记录干板比较，效果良好。     

0.1米低温风洞的设计

本文阐述了我国首次设计和建造的低温风洞的设计特点及共性能。这是一座以风扇驱动的闭口回流式风洞,用氮气作试验气体。试验段为0.1米的方形截面。计运转参数范围为:M=0.04～0.40,P_t=101.2 kPa～202.6kPa,T_t=79K～320K。试验时间为半小时。风洞壳体是用铝合金制造的,外部用超细玻璃棉绝热。风扇用交流电机拖动,转速用变频控制。     

土壤槽三分量天平

本文通过实例表明,常规风洞测力天平移植于对沙漠的研究是成功的。设计排除了土壤的自重影响,天平有较高的灵敏度,整机可根据不同土壤槽而升沉,是研究沙粒迁移的较好工具。     

用数字化 M-Z 干涉仪对低密度混合流场测量的实验研究

本文提出了最近研制成功的数字化 M-Z 干涉系统,并用它对二维低密度混合流场的密度场进行了测量。由于该系统采用了激光光源以及干涉图的计算机处理技术,使得实验和数据处理的工作自动化,而且具有精度高的特点,适用于低密度混合流场中较弱信号的高精度测量。文中系统地分析了用激光作光源的条件下,M-Z 干涉系统对平行光扩束系统的要求,以及如何消除因激光干涉性太强而引起的寄生干涉条纹,通过对平行式半透半反镜的分析,给出了适用于 M-Z 干涉仪的平行式半透半反镜的具体设计参数,并简述了由于使用激光光源而简化仪器调节的原理,给出了一种使经典 M-Z 干涉仪与现代计算机技术相结合来提高测量精度的新方法。     

瞬态压力测量中通道效应的修正(英文)

某些情况下，在测试瞬态压力时必然包含有连接通道，内燃机示功图的测量就是一个典型的例子。但是通道的气动特性使测录的压力波发生畸变，本文考虑了通道中的非定常、非等熵流动，并且提出了一种特殊的逆特征线法用于对畸变直接进行校正，实验结果显示通道的畸变效应可以得到完全的修正。另外，本文指出在传感器的安装、维护、寿命和抗热冲击等方面，连接通道的存在反而是有利的。     

PIV图像粒子像斑的定位偏差评估的讨论

针对PIV技术的直接测量法中图像的可读性和可测性，讨论了从模拟图像到数字图像，最后到粒子像斑中心位置的确定过程中的误差规律；并提出一种称之为粒子像斑定位偏差综合评估的试验方法。该试验提供了一个能较为全面地定量考察PIV图像处理系统（包括硬／软件）在整个图像读入及粒子定位计测过程中对真值偏差的评估方法。最后，对石油大学流体测试室所开发的PIV图像实时采集处理系统进行了其定位偏差的评估测试。     

关于运输网络堵塞流动的研究——分支定界法在求解网络最小流上的应用（Ⅲ）

堵塞是以人为主体在运输网络中经常发生的一种现象。本文中所定义的网络最小流是指在最严重堵塞的情况下通过网络的最大流量，是设计和运行一个运输网络，特别是一个紧急疏散网络的重要参数。本文在堵塞流理论研究的基础上，提出了一种用分支定界思想来求解网络最小流问题的方法，并用实例说明了该算法过程及其应用领域