CCD衬底反弹防护的工程实现

文章阐述了电荷耦合器件（CCD）衬底反弹问题产生的机理以及防护措施。针对高速驱动信号的工作特点和衬底反弹对CCD信号造成的影响,介绍并分析了波形化理论。理论分析表明,利用波形化理论能够对衬底反弹进行抑制,通过电路仿真和实际电路测试,验证了理论分析的正确性,为焦面驱动电路设计提供了一种新方法。     

低冲分离装置引导阶段动力学建模与实验研究

采用基于LZB碰撞模型的多刚体系统动力学的方法,建立了低冲分离装置引导阶段的动力学模型,设计了分离螺栓沿分离管道运动的引导阶段原理性实验平台,实验测量结果验证了模型的正确性。本研究为涉及复杂碰撞的低冲分离全过程动力学的研究奠定了一定理论和实验基础。     

二次电子发射特性测量装置的研究与进展

微放电效应出发引出对二次电子发射特性的研究，针对二次电子发射特性的测量，分析研究了当下通用的二次电子系数和能谱的测量方法。着重介绍了国内外具有代表性的重点科室其测量二次电子发射特性的装置，详细对比了不同装置二次电子特性测量的准确性和差异性，总结了各自的优势和不足。最后指出了目前二次电子测试平台装置急需解决的一些制约测试质量的问题和难点，以及在测量装置研究上进一步的发展方向及趋势。为更加深入地研究二次电子发射理论和数值模拟问题奠定坚实的实验基础。     

导弹垂直发射装置对燃气流压强周期性振荡的响应

本文对舰载导弹垂直发射装置中的燃气流周期性振荡特性进行了分析与实验测量，对装置产生的响应特性也进行了实验研究和有限元分析。实验测量结果与理论计算在规律上有定性的一致     

超高速碰撞闪光强度与碰撞速度关系初步研究

为了研究超高速碰撞过程中材料处于热力学平衡状态时碰撞闪光强度与碰撞速度的关系,采用理论与实验验证相结合的方法,结果表明碰撞闪光强度Ⅰ与碰撞速度v遵循指数关系.通过LY12铝弹丸超高速碰撞LY12铝靶实验验证了碰撞闪光强度Ⅰ与n的关系,且幂指数n值在3～4间.     

弹丸高速碰撞过程中靶面三维面形数据获取方法

文章利用二级轻气炮作为高速碰撞弹丸的加载设备,结合基于傅里叶变换轮廓术的结构光三维测量方案实现高速碰撞过程三维面形数据的获取。系统由柯拉照明条纹投影部分和记录形变相位调制信息的百万帧频光电相机组成,根据所标定的相位高度映射参数和高速采集图像的相位分析数据计算出不同时刻穿甲靶面的三维坐标值。实验结果表明,该方法可实现2.976 km/s高速碰撞实验靶面几何变形的三维数据测量,能够为航天器防护结构设计及爆轰穿甲特性分析提供真实三维几何尺寸数据。     

表面微孔阵列结构调控二次电子发射特性研究

固体介质的二次电子发射受到材料成分、元素构成、表面状况等因素影响,其中表面状况对于二次电子发射系数起着至关重要的作用,表面微结构调控入射电子在材料表面的运动状态和碰撞频率,进而影响二次电子发射。基于粒子路径追踪算法,建立了一次电子与材料表面碰撞模型,研究了微孔阵列结构参数对二次电子发射系数的调控机制,分析了微孔阵列单元深度、孔径和面积占比的影响规律。研究发现,通过设置合理的结构单元深度和宽度,可以实现对二次电子发射系数的调节。单元孔径宽度为2mm、深度为5mm、数目为169时,二次电子发射系数降低了57%。研究结论可为脉冲功率、航天领域的沿面放电机理分析和抑制提供理论和数据支撑。     

平板撞击中应变波沿板面的传播

文中计算了铝板受撞击杆未穿透撞击时弹塑性应变波沿板面的传播，并与实验结果相验证。结果表明，板不太厚时，计入膜力和剪切的板弯曲理论和三维分析的结果都与实验结果相符合。为模拟杆的撞击计算时取其直接被撞部分的板具有击杆的速度和动量，其余部分为静止。板内剪切、弯曲和中面变形三者的弹塑性本构关系可以假定为不相耦合。实验中，用气炮射击铝杆，击中板后，用应变片，动态应变记录仪记录板面不同位置的应变历程。     

铝和氧化铝液滴撞击壁面过程研究（英文）

固体火箭发动机内微米级熔融态氧化铝通常会撞击燃烧室内壁面,由于氧化铝液滴具有较高的熔点,采用铝液滴替代氧化铝液滴进行实验研究。基于网格自适应技术,利用VOF方法对铝液滴撞击壁面实验进行数值计算,验证数值计算准确性。利用验证的模型开展微米量级的氧化铝液滴与壁面碰撞过程的数值模拟。研究结果表明,数值计算过程与实验基本保持一致;随着初始碰撞速度的增大,氧化铝液滴撞击壁面后依次出现反弹、附壁和破碎现象;随着氧化铝液滴粒径的增大,液滴反弹与附壁之间、附壁与破碎之间的转换临界We数随之减小; 20、50、100μm的氧化铝液滴垂直撞击固体水平壁面反弹和吸附的临界We数为170、84、50; 50μm和100μm的氧化铝液滴附壁与破碎之间的转换临界We数为141和129;液滴破碎须具备足够的动能来克服粘性耗散能和表面能。     

长尾喷管后效瞬态传热特性分析

针对固体发动机长尾喷管后效传热过程中喷管外壁面温度的实验值与理论预估值相差较大的问题,研究了长尾喷管后效瞬态传热特性。经分析发现,其主要原因在于绝热层烧蚀和氧化铝沉积。针对绝热层烧蚀对后效传热的影响,参数化分析了绝热层密度、比热容和导热系数因素的影响,发现在绝热层热扩散率相同条件下,绝热层的密度对后效传热影响最大,其次为比热容,导热系数的影响最小。针对氧化铝沉积对后效传热的影响,建立无沉积模型、沉积层模型和修正模型,对后效传热过程进行模拟,模拟结果与实验结果对比表明:修正模型与实验过程最为贴近,其相对误差在6.9%以内,氧化铝沉积层在传热过程中对喷管起到一定的绝热作用。研究结果可为长尾喷管的热防护提供理论基础。     

带电粒子辐照对热控涂层的光学性能退化影响

带电粒子辐照将引起材料折射率和消光系数的变化。文章首先介绍了带电粒子在热控涂层中的剂量深度分布,接着利用渐变折射率概念建立了剂量深度分布和材料折射率与消光系数的关系,给出了热控涂层光学性能变化的分析模型,最后对这一理论的应用进行了讨论。     

Experimental and theoretical investigation of encounter of a group of particles with protecting elements of spacecraft

We present the results of comprehensive experimental and theoretical investigations of encounter with a barrier of a group of bodies thrown with a high-velocity. Throwing of a group of particles (from two to twelve bodies) was realized on a ballistic route using powder and light-gas units of different calibers in the range of velocities 500–3500 m/s. The process of particle throwing was controlled by acting aerodynamic forces. In experiments on collisions with barriers of a finite thickness (which imitates the protective shield of spacecraft) the number of particles in a homogeneous stream was varied from 2 to 7 at changing the flux density (distances between particles). Experimental data are obtained on variations of the area and mass of back-surface splinters. Numerical calculations simulated a knock of 2 to 4 particles against a barrier in the cases of normal impact and at an angle. The calculations were performed in three-dimensional formulation and applying criteria of complete destruction of material. The appearance of additional destruction centers in the barrier due to mutual influence of particles is revealed. Simple criteria are obtained for estimating the degree of interference of particles and the character of barrier destruction.     

高温固体颗粒气动阻力系数数值计算

在发动机喷管的气粒两相流场中,金属颗粒阻力的准确计算对整个流场的模拟有着重要作用.而高温颗粒与周围气相的传热会改变气相的性质,进而影响颗粒的气动阻力.采用k-ε湍流模型和强化壁面处理方法,计算了雷诺数Re在0～10 000范围内,颗粒与气相不同温差情况下球形单颗粒的气动阻力系数.颗粒温度升高,颗粒所受的气动阻力随之增加,但是增加的幅度随Re的增加而减小;根据计算结果,拟合了以颗粒雷诺数为自变量的高温颗粒气动阻力系数的计算公式.通过与低Re下的实验数据的对比,验证了所拟合公式的适用性和可信性.     

基于随机时延的弹射式干扰研究

针对传统噪声压制技术对合成孔径雷达形成有效干扰需要功率比较大的特点,研究了一种随机时延的弹射式干扰方法。该方法是在传统的弹射式干扰基础上,采用随机的干扰机转发时延。由于采用随机时延,方位向不同的回波时延不同而不能被压缩,干扰信号的距离向的压缩虽能成像,但已经是随机分布的。改进后的弹射式干扰能够覆盖整个成像区域,形成类噪...     

固体火箭发动机喷管扩张段粒子冲刷流场分析

某翼柱形药柱固体火箭发动机喷管扩张段出口部位在试验后出现了与药柱翼槽位置相对应的冲刷痕迹,为了研究Al2O3粒子对喷管扩张段的冲刷规律,对喷管型面改进提供依据,对比了不同湍流模型、颗粒轨道模型对形成冲刷痕迹的影响,分析了发动机喷管扩张段两相流场特征,确定了形成冲刷痕迹的粒径范围,判断了冲刷痕迹的形成时间,提出了喷管型面改进方案。结果表明,喷管扩张段的冲刷痕迹形成于发动机工作的15 s时刻之前,主要由药柱后翼燃烧产物中颗粒粒径分布为10~16μm区间的粒子造成,改进后的喷管型面可有效降低粒子对喷管扩张段的冲刷。     

不同聚集因素对燃烧室凝相颗粒粒度分布的影响

设计了一种凝相颗粒收集装置,可对燃烧室内不同聚集状态下的粒子进行完整的收集,并对颗粒的形态影响较小。针对HTPB推进剂,开展了不同流通面积和颗粒浓度条件下的粒子收集实验,利用扫描电镜和激光粒度分析仪,对收集到的粒子进行了分析。结果表明,不同聚集状态下的凝相颗粒粒径均分布在0.1～200μm之间,随着流通面积的减小,小于3μm的颗粒逐渐减少,3～10μm之间的颗粒变化不大,大于10μm的颗粒逐渐增加,颗粒平均粒径d43和d50均逐渐增大,且d43和d50的变化率也逐渐增加;随着颗粒浓度的增加,颗粒平均粒径d43和d50增大较明显。     

飞行过载下燃烧室凝相粒子沉积特征数值研究

固体发动机燃烧室部分凝相粒子在飞行过载作用下产生沉积,严重影响发动机工作性能。通过确定燃烧室粒子参数和建立燃烧室内两相流场数值方法,获得了发动机不同轴向过载下粒子运动及沉积规律。与试验数据进行对比分析,验证了计算方法的准确性。数值结果表明,随着轴向过载增大,后封头及喷管潜入段粒子沉积质量逐渐增大。沉积粒子粒径大于凝相粒子平均值,即粒子粒径越大,越容易沉积。轴向过载增大,减小了粒子在发动机内部的驻留时间,凝相粒子平均驻留时间均大于0.13 s。     

冲蚀条件下炭布橡胶绝热层烧蚀实验与计算

开展了冲蚀条件下一种炭布橡胶类绝热材料的烧蚀实验,研究了颗粒浓度和冲蚀速度对该绝热层烧蚀的影响规律。实验结果表明,实验条件下冲蚀速度是影响绝热层烧蚀的最主要因素;冲蚀速度较低时,即使颗粒浓度很高,烧蚀率也不是很大。在实验基础上建立了一种基于炭化烧蚀模型的烧蚀计算模型,即首先根据实验数据建立冲蚀状态与炭层厚度之间的关系,然后采用传统的炭化烧蚀模型进行烧蚀计算,计算结果与实验结果在一定程度上较为吻合。     

粉末燃料冲压发动机燃烧室两相流数值模拟

采用颗粒轨道模型对镁粉燃料冲压发动机的两相流场进行了三维数值模拟,目的是为进一步的实验研究提供指导和参考。结合理论性能分析,提出了一种发动机构型,通过数值模拟分析了颗粒粒径、产物相态等因素对该发动机燃烧效率的影响。结果表明,粉末燃料的粒径较小时点火延迟时间短,颗粒在发动机中的滞留时间长,燃料燃烧效率较高。     

超声速固体粒子侵蚀的欧拉模型

利用计算流体力学（CFD）技术,引入粒子容积分数的概念,基于欧拉两相流模型,计算超声速飞行器侵蚀表面粒子速度和容积分数分布,模拟侵蚀后的三维表面外形。以超声速计算结果为基础,针对现有拉格朗日法计算侵蚀后退率的局限性,推导出适用于欧拉模型的计算公式。采用本文的数值模拟方法,模拟侵蚀后飞行器的外形,并与实验结果进行对比,验证了本文方法的正确性。计算和分析了不同环境参数对侵蚀量的影响,结果表明,马赫数和粒子容积分数对侵蚀量有较大影响,而粒子容积分数不变的情况下,粒子直径对侵蚀量影响不大。