壁稳电弧等离子体温度和辐射标准设备的研制

研制了氩壁稳电弧等离子体装置,其最大功率25kW,电流0～140A,4小时内电流的稳定性0.005%,纹波系数0.1%。在可靠的状态诊断实验基础上测试了主要性能。当压力为0.1～0.5MPa、电流不小于20A 时,电弧轴心区等离子体是LTE(局部热力学平衡)的。60A 电流下4小时内 ArI430.0nm 谱线辐射的稳定性±1.0%,1个月内的再现性±1.8%,温度可调范围10000～16000K,不确定度0.4%。同时测定了某些特定谱线斯塔克宽度与电子密度的实验关系。结果表明,性能完全达到了建立10000～15000K温度和近紫外高强度及真空紫外辐射标准的要求。     

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。     

激波管用于磁等离子体中电波传输的研究

利用安装在直径为800mm 高温激波管后端盖处带有切取器的矩形实验段,获得了较均匀的薄层等离子体鞘层(Z=4cm或2cm)。采用液氦冷却下的低温超导线圈产生连续的强磁场,研究了有强磁场存在条件下3.9GHZ 微波穿透薄等离子体鞘层时的传输特性。对于 Ne≈3×10~13/cm~3,v≈9×10~9/s 和 Ne≈4×10~12/cm~3,v≈2.4×10(?)/s两种等离子体状态,H=0.44～0.84T,分别测量了无外加磁场和有外加磁场情况下电波的功率衰减。实验结果表明在本文所加的磁场强度条件下,测量到的电波功率衰减值均有较明显改善。     

静电探针在高频等离子体风洞中的应用

为了在高频等离子体风洞上开展高超声速飞行器等离子体鞘层的电磁特性研究,研制了一套适用于高频等离子体风洞测试环境的静电探针诊断系统,这是国内第一次采用静电探针对高频等离子体风洞的流场参数进行诊断。该系统具有偏置电压可调、抗干扰能力强、探针性能稳定、高速数据采集等特点。采用该系统对高频等离子体风洞在不同运行功率、不同气体流量下流场核心区域的电子数密度进行了诊断,对相同运行功率和相同流量条件下流场电子数密度沿射流径向的分布进行了测试,并研究了电子数密度随高频等离子体风洞运行功率和气体流量的变化规律。并将诊断结果与网络分析仪微波测量法的数据进行了比对。结果表明,该系统可以很好地满足风洞流场参数的诊断,能够为风洞流场数值建模以及等离子体鞘层电磁特性研究提供可靠的数据支撑。     

两电极等离子体高能合成射流流场及其冲量实验研究

两电极等离子体高能合成射流激励器通过腔体内电极间的瞬时电弧放电加热腔内气体,在激励器出口产生压差并喷出高速射流,从而产生反作用力和冲量。针对两电极等离子体高能合成射流响应快、持续时间短的特点,设计了单丝扭摆式微冲量测量系统,并结合高速阴影系统,对两电极等离子体高能合成射流的流场发展过程及其单脉冲冲量特性进行了实验研究。实验结果表明,两电极等离子体高能合成射流响应时间小于10μs,射流持续时间约为1ms,射流前锋最大速度约为190m/s,射流流场发展过程中存在多道强压缩波,并以当地声速向下游传播。单丝扭摆式微冲量测量系统可实现μN·s量级冲量测量精度,单脉冲冲量约为32μN·s,并且在低频状态下射流总冲量随激励器放电频率成线性增加。     

大尺寸金刚石膜生长中等离子体弧源的稳定性

保持等离子体弧源稳定性对于制备大尺寸平面金刚石膜极其重要,故从理论和实验两个方面对等离子体弧源稳定性进行了分析。研究表明,为了保持弧源的稳定,必须在生长过程中,保持稳定的电子温度和均匀的活性原子及原子基团密度。金刚石膜在某些条件下长时间生长时,会发生阳极环积碳现象,导致等离子体弧源扰动失稳,从而引起生长的金刚石膜含有石墨杂质。通过预处理阳极环、控制碳源、加大氢气量等措施可保持弧源稳定。在此条件下生长金刚石膜,经SEM,Raman分析表明,其晶粒均匀、晶界清晰,仅有金刚石特征峰出现。     

消融控制电弧等离子体发生器放电特性的实验研究

通过衬套材料消融补充等离子体从而控制电弧生长的技术具有很好的应用前景。利用一个总贮能800kJ的模块化电容基脉冲功率源系统为消融控制电弧等离子体发生器强流放电提供电能输入，在一定的参数变化范围内，实验研究了脉冲功率源初始放电参数、等离子体发生器几何参数以及消融材料对消融控制电弧放电特性的影响规律。借助于理论分析，也可定性获得消融控制电弧等离子体压力和温度对上述影响参量变化的依赖关系。     

涡旋式等离子体反应器流场的试验研究

本文给出了用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）测量涡旋式电弧等离子体化学反应器流场的实验研究结果。实验表明：这类等离子体反应器中，旋流切向速度分量和轴向速度分量径向分布划分成近轴、过渡和近壁区。喷入电弧等离子体射流对等离子体反应器流场的影响区域是近轴区，对过渡区和近壁区没有影响。提高旋流强度，轴向截面上旋流的两个速度分量径向分布分别呈相似的分布形式，等离子体反应器呈层流流动状态。     

国外等离子体流动控制风洞试验技术研究

等离子体是一种由大量电子、离子和中性粒子组成且总体上呈中性的物质聚集体,它不同于物质的气态、液态和固态,而被称为物质的第四态.等离子体在航空航天器隐身、降噪、推进及空气动力学等方面的应用一直是国外发达国家的重点研究领域之一.归纳总结了国外研究的主要等离子体风洞形式和等离子体发生器形式;探讨了低、跨、超声速风洞模型上等离子体的作用机理和产生的现象,介绍了在等离子体流动控制方面开展的风洞实验技术研究.     

应用PIVT技术测量单液滴热毛细迁移时的速度场和温度场

在地面实验中,使用粒子图像测速测温(Particle Image Velocimetry and Thermometry, PIVT)技术测量了单滴热毛细迁移时液滴周围同时刻的速度场和温度场.选用密度相近的豆油和硅油作为实验系统的母液和液滴.实验结果表明单滴周围的温度场扰动不同于线性理论预测的随到液滴距离的平方成反比,而是距离一次方成反比,这是由于重力引起的浮力效应造成的,地面实验中重力作用不能忽略.     

等离子喷涂中粉末熔化过程的数值分析

研究了等离子喷涂过程中粉末粒子在等离子射流中的熔化过程，用有限差分法计算了不同物性参数的两种粉粒（铝和氧化锆）的固相加热和熔化过程，分析了等离子体温度，换热系数，粉粒直径和粉粒初始温度对粉粒熔化时间的影响，为优化工艺参数，提高涂层质量提供了理论依据。     

在强干扰和中分辨率条件下用氮分子第一负系（O，O）带测量转动温度

本文介绍了在强干扰和中分辨率条件下，用氮分子第一负系（Ｏ，Ｏ）带测量转动温度的相对子带积分强度方法。     

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。     

非烧蚀型防热材料烧蚀性能初步试验研究

介绍了在CARDC等离子体风洞中开展的非烧蚀型防热材料超高温陶瓷(UHTC)的试验研究结果.对Φ20mm平头圆柱体试验模型,采用亚声速驻点试验技术,在驻点热流478W/cm2,气流焓值27.9MJ/kg,环境压力18kPa条件下,分别对代号C(15、10)型、Y型、S(30、15、10)型3种材料模型进行了试验研究,并对模型试验前后的长度变化、质量变化以及模型表面温度进行了测量,初步分析了模型的表观变化、抗氧化特性和表面辐射特性.结果表明:Y型模型试验前后表观变化不大,表面温度达到1930℃;S型模型表面生成一层薄氧化层,稳定情形下模型表面温度达到1964℃;C型模型表面烧蚀严重,模型表面温度达到2462℃,防热性能最差.     

使用 AD590作传感器的测温系统

AD590是一种新型集成化测温元件,它具有较高的线性度、稳定性与可靠性。本文在简要地介绍了测温传感器 AD590的主要特性之后,给出了测温系统的处理电路及参数计算公式,并针对实际使用的情况,概要地阐述了多路测温系统的原理及组成,还给出了一个六路巡检测温系统的原理电路图。文中对传感器的校准调试方法和使用经验也作了相应的介绍。本文所介绍的多路测温系统,将使用在磁悬浮风洞的激磁亥姆霍兹线圈上,通过测温控制系统,可以保持线圈温度和激磁电流稳定不变。当然,这个系统也可以使用在其它的测温场合。     

水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析

研制了一种包含球冠测热体和热防护罩的球头水卡量热计,建立了球冠测热体与测试水的流热耦合模型,基于该模型和热流标定试验分析了水道内水温分布特点及其对热流测量的影响。结果表明:水道内测试水离受热面越近,水温越高,且沿水道径向的温度梯度越大;测试水质量流率越小,沿水道轴向和径向的温度梯度越大,热流计算结果因水温测点位置不同的差异就越大。设计水卡时应使热电偶尽可能远离受热面并靠近水道中轴线;使用前需进行热流标定,确定合适的测试水质量流率范围,获得准确的修正系数。试验结果表明,该球头水卡量热计能够应用于长时间、高精度、多状态的驻点热流测量。