基于TDLAS的气体检测技术研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、在线响应速度快等优点,而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件,但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数,以至严重影响了TDLAS技术的测量精度,限制了其应用范围。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论研究TDLAS技术中谐波特征参数与分子吸收线型函数的关系,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,利用谐波信号间的关系特征来消除背景信号、激光强度、调制系数等因素的影响,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以CO2分子和H2O分子在6982cm-1附近的谱线为例进行数值分析和实验研究,仿真和实验结果表明,根据算法测得的分子吸收光谐波信号谱与理论吸收光谱之间的相对误差不超过5%,进一步提高了TDLAS技术的测量精度,拓宽了其应用范围。     

金属蜂窝板高温环境下的隔热性能试验与计算

采用红外辐射加热式气动热模拟试验系统,进行了高温环境下的金属蜂窝板隔热性能试验研究,试验温度最高达到800℃;采用有限元的方法进行了金属蜂窝板传热特性数值模拟,计算中考虑了蜂窝板内部金属蜂窝芯结构的导热,蜂窝腔内壁面间的辐射换热和蜂窝腔内空气的传热.研究结果显示,金属蜂窝板后表面的试验测试数据与数值模拟结果吻合的很好.金属蜂窝板在高达800℃高温热环境下的隔热性能数值计算和试验结果将为航天航空器的防热结构研究提供参考依据.     

基于数值模拟的温场测试技术研究

通过在环境温度试验箱的某些位置布置适当的节点,对采集回来试验箱内的温度等实际数据,在对试验箱的空间建模的基础上,采用插值法和适当次数的拟合函数的拟合,用一个无限细化的三维矩阵来模拟出试验箱内的温度分布情况,得出三维矩阵的实际值的分布,最后结合MATLAB软件绘制出计算出的温度场的三维图像,从而可以直观具体地了解环境温度试验箱的温度场分布情况。本文仅对于形状规则的长方体试验箱进行数值模拟,对其特殊截面的温度场进行详细的分析。     

推进剂在轨加注流体传输过程的数值模拟和地面试验研究

针对排气式在轨加注方法,对航天器在轨加注过程的流体传输行为进行数值模拟和地面试验研究.采用VOF两相流动模型数值模拟板式表面张力贮箱加注过程的流动特性,得到加注过程的流动规律.地面演示试验使用地面模拟加注系统,对排气式加注的全过程进行地面演示验证.数值模拟和地面演示试验结果表明,排气式在轨加注方法是可行的.     

基于声光技术的扩频信号循环谱的检测

扩频信号是被伪随机码调制的周期信号,因此它应被建模为循环平稳随机信号.基于循环平稳随机信号的谱相关理论,提出了一种采用基于声光信号处理技术的扩频信号循环谱检测方法.通过研究扩频信号的循环频率、循环功率谱和基于时间积分的声光循环平稳处理模型,利用声光循环平稳时间积分相关器,在循环频率处对扩频信号的声光相关函数(循环谱)进行检测.相比于传统的能量检测方法,循环谱检测方法具有更好的检测性能;对于噪声和干扰,无论是平稳的、还是非平稳的,循环谱检测方法都具有较强的抗干扰能力,仿真结果证明了其有效性.     

气体二次喷射推力向量控制数值仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机气体二次喷射推力向 量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟;采用三阶精度空间差分格式和隐式Jacobi时间点迭代 方法进行求解;借助数值模拟技术对气体二次喷射推力向量喷管方案进行了初步探索,研究 了不同喷射条件对气体二次喷射流场特征及侧向控制力的影响作用;研究表明,二次喷射气 体喷射孔位置、总温及总压等因素对侧向力影响具有耦合作用,合适的喷射孔位置和高温燃 气以及较大喷射总压都能有效增加侧向力及向量角;燃气二次喷射系统具有较高的效率;侧 向力随二次喷射流总压增加而线性增大.      

颗粒射流冲击材料行为研究

颗粒冲击材料现象广泛存在于自然界以及工业领域中。应用实验测量与数值计算相结合的方法研究了颗粒射流冲击材料(304不锈钢)的磨损行为。考虑了颗粒粒径、运动轨迹、颗粒-壁面撞击点分布以及所导致材料物相结构变化。实验测试包括材料质量损耗、材料元素X射线衍射(XRD)分析、表面微观结构扫描电镜(SEM)观察。对相应的颗粒射流冲击材料行为进行了数值计算,获得流场,颗粒场以及相应材料磨损。结果表明:颗粒射流冲击下颗粒运动轨迹与撞击点的分布不同,造成了材料样品表面磨损区域明显不同。颗粒-壁面碰撞不仅会导致材料损失而且会造成材料物相结构的变化。     

烧蚀型脉冲等离子体推力器能量分配机理

脉冲等离子体推力器（以下简称PPT）效率低下的缺点一直为使用者所诟病,但过去对其能量分配机理的研究十分匮乏,难以为高效率PPT的设计提供参考。针对这一现状,本研究以平板式烧蚀型PPT为对象,对推力器在4种不同放电能量（能量比1：2：3：4）下工作的电压、电流和脉冲烧蚀质量进行测量,并根据测量结果估算PPT的元冲量、比冲、效率等推进性能。此外,本研究还建立了能估算PPT推进剂利用率的数值模型,并用该模型分析实验研究结果。研究结果表明,能量利用率和推进剂利用率低下同时导致PPT推力器效率低下,随着放电能量的增加,PPT的能量利用率和推力器效率上升,分别从5.07%和2.88%逐渐提高至16.46%和5.23%,但推进剂利用率反而降低,由56.8%逐渐降低至31.8%。     

基于一维模型的高频电波加热电离层F层数值研究

基于电离层一维仿真加热模型,详细介绍了模型中电子的动量方程、连续性方程、能量方程和各类参量表达式,利用对角矩阵追赶法数值求解电离层F层加热过程,分析了不同时次电子数密度和电子温度的变化,讨论了不同频率和不同功率电波加热的情形.结果表明：当高频电波加热高电离层时,电子温度迅速增加,并很快趋近于饱和状态;电子密度的变化较为迟缓,但在加热过程中其变化幅度却越来越大;电子密度变化量在沿磁场方向上形成空洞和上下稠团两峰一谷构型;频率越大、功率越高的电波加热时,电子密度的变化也越大,但存在一适值频率的电波对电子温度的影响最小.     

基于认知特性的目标辨认研究

为了优化飞机人机界面的设计,结合人的认知特性对目标(文字或标识)的形状、大小、辨认反应时间等进行设定,并通过二维目标的识别实验进行分析与验证.实验结果表明对目标大小和反应时间的定量处理比较合理,目标形状对目标辨认的影响与以往的研究结果相近,在偏离中心视10°范围内,目标出现的位置和颜色对目标辨认的影响不明显.      

一种基于等效采样的周期信号谐波分析方法

为了突破周期信号谐波分析中采样保持与模数转换时间对分析信号频率范围的限制,将准均匀采样与等效采样相结合,提出了一种新的等效采样周期信号谐波分析方法。首先,给出了在奇数个信号周期内进行2的整数次方次均匀采样的等效采样谐波分析理论;其次,计入定时时钟周期对采样时间的影响,在等效采样中结合准均匀采样以实现同步采样;进一步分析了采样过程中的时间离散与幅值量化所带来的谐波分析误差;最后,给出了新的等效采样谐波分析的具体算法。借助含有小幅谐波分量的实验信号对等效采样谐波分析算法进行了数值仿真。理论分析和数值仿真均表明：新方法有效拓宽了分析信号的频率范围,并且可直接利用FFT进行快速计算。     

无振荡、无自由参数格式在三维太阳风流动数值模拟中的应用

从快速、有效地进行空间天气数值预报的需要出发,针对1998年5月份行星际太阳风暴事件,采用全三维流体力学(HD)模型进行数值试验,考察了无振荡、无自由参数(NND)格式在三维太阳风流动数值模拟中的应用.计算中内边界的密度分布由观测K日冕数据来确定,由此得到的源表面密度分布具有和源表面电流片相似的结构.数值试验表明: 虽然该格式不需要加入人工粘性,但是具有很好的计算稳定性.在扰动计算时激波间断耗散小,在三维任何方向上间断所占的网格数比较少,没有数值色散现象.      

贮箱增压孔板流量系数仿真研究

数值模拟方法是研究流体流场特性的有效手段之一,采用流体仿真手段,根据仿真实验数据,找出适合计算孔板流量系数的湍流模型,通过仿真等效直径、组合工况下同一孔板的流场分布,分析其实验数据并拟合其流量系数变化曲线,对实际流量试验有一定的参考价值。     

耀斑激波传播的数值研究

采用一维磁流体力学模型和激波装配法,分析耀斑激波在行星际空间的传播特性和激波下游区的波动结构,并就激波装配法和激波捕捉法的模拟结果的精度和可靠性进行比较.     

降落伞充满稳定阶段流场数值模拟

降落伞系统具有非常复杂的动力学特性,为了较精确的计算降落伞气动力,深入研究其流场特性,采用计算流体动力学方法,对某试验用降落伞充满稳定阶段流场进行数值模拟,计算结果与试验数据吻合较好,表明该数值模型可靠,具有较高精度。     

塞式热流传感器影响因素的分析计算

介绍了塞式热流传感器的结构及测量原理。针对传感器敏感元件的形状尺寸,隔热层材料的导热系数、比热容以及两种材料的表面发射率等一系列影响测量结果的因素,利用Fluent软件对各种模型进行了传热仿真,分析了各种因素对测量结果的影响,为传感器的研制提供依据和指导。     

大型航天器舱内流动与传热传质集成分析

在低流速、常温、层流假定下，利用数值模拟方法，实现了大型航天器返回舱、轨道舱内流动与传热传质分析．模拟结果表明，冷凝干燥组件、净化通风组件、风扇、热控风机和其他仪器设备对航天器舱内空气流动具有不同的影响；通过分析空气流场对舱内温度、空气湿度、二氧化碳浓度的影响，探讨了评价流场的质量和能量输运作用；从总体角度提出，通过一定的布局，设计出具有环流的全局流场的同时，具有流动与扩散相协调的局部流场，建立了统一流场的设计新思路．     

无振荡、无自由参数格式在数值模拟盔型磁场中太阳风流动的应用

提出了一种离散二维三分量理想磁流体力学守恒型方程组(MHD)的算法(NNDMHD),它有效地控制了磁场散度不为零误差对动量方程组的影响,把气体动力学中计算跨音速流动问题的有效算法——无振荡、无自由参数(NND)格式推广应用到MHD方程组中.利用该算法首先对常见一维和二维算例进行数值试验,得到比较好的结果,消除了间断处的非物理振荡.然后对太阳风在子午面轴对称盔形磁场位形中流动进行数值试验,在这个算例中,物理量沿径向变化大,NNDMHD格式仍然能够有效地控制磁场散度离散不为零误差导致的非物理流动.这个算例的计算结果表明:在网格划分比通常情况稀4倍时,该算法仍保持很好的计算稳定性.