微重力燃烧实验火焰结构显示和全场温度测量的原理样机

用于空间燃烧实验的设备要求轻重量、小尺寸和多功能. 将纹影法、彩虹纹影偏折法与差分干涉法相结合, 研制了可用于火焰结构显示和全场温度测量的原理样机. 该原理样机具有重量轻、尺寸小、模块化和多功能等特点. 通过微重力落塔实验, 检验了利用纹影法测量火焰结构的功能, 同时在常重力条件下检验了利用彩虹纹影偏折法和差分干涉法测量火焰全场温度的功能. 结果表明, 火焰结构分辨率不低于1mm, 火焰温度测量结果精确, 相对误差小于2%. 该原理样机将提升空间燃烧的观察方法, 有助于未来空间燃烧实验的开展.      

一种基于斜向观测的镜面法线方向测量方法

针对航天器上平面镜、立方镜等镜面法线方向测量时，准直光路被遮挡的情况，提出了一种斜向观测方法，即通过两台经纬仪在镜面法线两侧对称位置互相观测平行光的方法，获得镜面法线方向。对测量对象进行了说 明，详细描述了镜面法线准直测量原理和斜向观测原理，根据两种测量方法开展了测量比对试验，给出了过程观测 数据和计算结果。通过多次试验数据统计，斜向观测结果与准直测量结果差异在角秒量级，满足航天器测试要求，可以有效解决在航天器上基准镜面准直方向被遮挡时法线方向测量的难题。     

在轨加注用超声波流量计的设计与试验

针对航天器在轨加注对推进剂流量的精确测量要求,研制了在轨加注用超声波流量计。在对传播时间法研究的基础上,提出流量计管路布局的设计要求,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的方法模拟4种不同管路布局(直角型、45°锐角型、直线型和圆弧型)对流体速度分布的影响,对比得到了优化的管路布局。信号处理电路使用斩波稳定比较器,通过阈值比较法,保证了传播时间的测量精度。流量计经标定后,在量程（0～150g/s）范围内可达到0.1%的测量精度。为了验证在轨加注过程中流量计的作用,在地面环境下进行了在轨加注地面模拟试验,试验表明超声波流量计在推进剂在轨加注中使用是可行的和必要的。     

用于未来月球探测的ILOM 技术现状

使用面包板模型和仿真方法,在实验室内研究月球指向就位测量望远镜(ILOM)的基本特征,如望远镜星像中心点位置精度、温度效应、倾斜以及地面震动的影响。使用这个技术预期在月球表面观测月球自转时可以达到1ms的精度。将在地面上开展测试验证观测以全面评价达到优于0.1″观测精度目标所需条件和特征。     

光纤Sagnac温度传感器信号检测技术

利用光纤Sagnac干涉仪的偏振非互易性PNR(Polarization Non-Reciprocity)可以实现对单温度点的高精度测量.传感头周围温度场的变化引起干涉仪光路中两相干光的相位差变化.通过分析温度传感器的测温原理,得到其输出的线性化模型.采用方波调制解调技术实现了对温度传感器光路系统输出的全数字信号检测.设计了以C8051F060混合信号微控制器为核心的全数字信号检测系统,实现其采样信号和调制信号的相位关系保持.16位高精度模/数转换器的电压采样值通过数字滤波及分段函数解算处理,得到测量温度值的数字输出.这种技术具有实现方便,便于数字化处理及时序控制等优点.通过-15~55℃的全温扫描实验得到的实验数据和理论曲线近乎重合,系统输入/输出成很好的线性关系,线性度达到了10-3量级.实验研究表明这种温度传感器可以实现高精度的温度测量.      

一种新的四路激光跟踪坐标测量系统的基点标定方法

在激光跟踪三维坐标测量系统中,系统首先要经过标定,才可以进行实际测量。因此系统标定的准确度会直接影响系统最终测量准确度。为了提高标定准确度,提出一种新的标定方法,即利用直线法原理,在优化布局下,采用两路激光干涉仪测量出基点的三维坐标。仿真结果表明目标点相对于基点呈对称分布时,测得的基点坐标准确度比非对称分布时高6到7倍,并通过实验得出了在该优化布局下的基点坐标。     

基于空间解析几何关系的焦点投影位置测量

为了抑制工业计算机层析成像(CT,Computed Tomography)过程中的重建伪影,研究了一种基于空间解析几何关系的射线源焦点投影位置测量方法,并完成了计算机仿真和实验验证.该方法根据工业CT扫描系统的几何结构关系建立射线源焦点投影位置和转台旋转中心投影位置之间的空间解析表达式,然后通过测量转台旋转中心在多个位置的投影来解析求解射线源焦点投影位置.该方法要求转台具有3个自由度:旋转,平行于探测器方向移动,和垂直于探测器方向移动.仿真和实验结果表明,该方法能够有效抑制重建伪影.该方法无需使用特殊模体,不需要任何先验几何参数,较现有方法更为方便.      

两相流气体种类灭B类火效果的实验

两相流灭火系统中,气相采用不同的气体,其灭火效果不同.研究了采用空气、氮气、二氧化碳、氩气4种不同种类气体条件下,两相流细水雾灭火系统在3.6 m×4.6 m×3.9 m的空间内,灭0.1 MW及0.61 MW方油盘火的灭火特性及规律.实验过程中采用热电偶树和西门子气体分析仪对火焰温度及火场氧体积分数进行了测量,得到了不同气体种类条件下的细水雾灭火特性包括火焰最高温度、温度下降速率、氧体积分数下降速率、灭火时间等参数的变化规律和灭火过程中火场温度场和氧体积分数值的变化规律.     

燃油喷嘴螺旋槽的精密测量方法与系统设计

为了实现航空发动机燃油喷嘴上的螺旋槽特征的快速与精确检测，提出了螺旋槽的槽深、螺旋角和槽宽等参数的测量与计算方法，并基于此设计和搭建了一套非接触式的燃油喷嘴螺旋槽精密测量系统。该测量系统基于模块化的设计思想，其机械主体采用立柱移动型三坐标测量机的结构形式；运动机构由三个直线轴X、Y和Z以及一个回转轴A构成，电气控制模块采用了由上位机与下位机构成的主从控制方式，前端传感器选用了新型的锥光偏振全息激光测头，并应用专用夹具来实现被测喷嘴零件的装夹和定位。最后，选取某个燃油喷嘴样件作为被测目标，应用所搭建的测量系统对其上的多个螺旋槽特征开展了重复测量实验，并解算得到了槽深、螺旋角和槽宽的几何尺寸，而且系统所达到的测量精度能够满足检测需求。     

面向联结翼总体设计的气动弹性优化

由于前翼和后翼的连接关系，联结翼飞行器气动和结构特性与常规布局飞行器有所不同，相互连接的机翼形成一个复杂的过约束系统，布局参数繁多，多学科设计空间增加，分析困难。为分析不同布局参数对联结翼整体性能的影响，基于工程梁理论，对不同前后翼连接位置、前/后掠角、上/下反角、端板高度、根梢比等参数的联结翼开展气动弹性优化研究，以最小结构质量为目标，在静气动弹性与颤振等条件约束下，通过遗传算法对联结翼梁架结构翼盒剖面参数展开设计，并采用高精度计算流体力学/计算固体力学（CFD/CSD）耦合方法分析优化后的模型升阻特性。通过气动弹性优化，分别得到最佳结构性能和最佳气动性能的联结翼布局参数，结果表明：这种针对联结翼每个重要参数的最优解集可发现联结翼设计的规律，并为设计提供支撑。     

表面介质阻挡放电对扩散火焰燃烧特性的影响

针对表面介质阻挡放电（SDBD）在激发等离子体时具有显著的气动效应和化学活化效应，为分析表面介质阻挡放电对空气/甲烷同轴剪切扩散燃烧的助燃效果，实验使用高频交流电源，基于等离子体诱导射流逆向激励对火焰施加控制。根据获取的射流流场纹影图像、火焰图像和CH*自发辐射，研究了等离子体对不同燃烧条件下火焰燃烧特性的影响。结果表明:受等离子体气动激励作用，火焰上游细长剪切层的空气/甲烷掺混得到增强，从而扩大了剪切层燃烧宽度，同时燃烧释热速率会明显提高，这主要与等离子体活化效应有关，并且该效应显著增强了位于喷嘴出口火焰基的燃烧强度。在空气流量较低时，等离子体气动激励可有效增大火焰下游湍流度和射流角，使火焰高度降低、宽度增大，且作用效果随放电电压提高逐渐增强。      

油盘火热释放率影响细水雾灭火特性试验

为了研究细水雾针对不同热释放率条件下的灭火特性及规律,采用7种不同尺寸油盘火模型和正庚烷燃料,在4.6m×3.2m×4m的空间内,进行了单喷头和四喷头灭火试验,试验过程中采用热电偶树和气体分析仪对火焰温度及火场氧浓度进行了测量,得到了不同热释放率条件下的细水雾灭火特性规律和灭火过程中火场温度场的变化规律,为细水雾灭火系统设计、检验标准制定及细水雾灭火产品开发提供了相应的试验依据.      

钇稳定二氧化锆火焰传感器的静态响应特性

以钇稳定二氧化锆（YSZ）火焰传感器为研究对象，利用马弗炉，在873~1 523 K的温度范围内，测量了YSZ火焰传感器对温度的静态响应，获得并分析了传感器的静态校准曲线与静态响应特性。结果表明，YSZ火焰传感器的线性度为12.88%，24 V激励电压下的平均灵敏度为10.02 mV/K，迟滞与重复性指标分别为2.13%和2.22%，传感器间的互换度为1.22%。采用Boltzmann函数能够较为准确地拟合YSZ火焰传感器的静态校准曲线，误差小于±3.5%。YSZ火焰传感器的非线性特征明显，精密度与互换性良好，灵敏度较高，总体性能良好。相较于火焰检测中常用的热电偶和离子火焰传感器，YSZ火焰传感器对火焰温度的响应信号更为稳健，能够有效提高火焰检测的准确度与可靠性。      

双支板超燃冲压发动机燃烧特性研究

为研究分级喷注超燃冲压发动机火焰稳定、燃烧状态及火焰传播特性,以双支板超燃燃烧室为基本构型,开展了当量比连续调节试验研究。模拟低飞行马赫数5.5工况,燃烧室入口马赫数为2,总温1436 K,试验表明:燃烧室单独上游喷注熄火当量比为0.19,该值不受下游燃烧的影响;单独下游喷注熄火当量比为0.46,上游火焰会削弱下游当量比变化对壁面压力的影响,并且会使下游熄火当量比值降低。通过调节上游当量比可实现燃烧状态的转换,转换过程存在迟滞。模拟高飞行马赫数6.5工况,燃烧室入口马赫数为3,总温1 899 K,试验表明:随着总温的增加,单独上游喷注可实现点火和稳焰,上游火焰发生抬举,燃烧室抗反压能力增强,可喷注更多燃料。     

基于光场成像技术的散射性火焰温度场重建

光场成像是一项新兴的非接触式测温技术，针对传统辐射成像温度场重构效率低的问题，开展了基于光场成像的散射性火焰温度场重建研究。在火焰光场成像模型的基础上，以广义源项多流法为正问题模型，利用Landweber算法重构吸收散射性火焰的三维温度场，同时引入最小二乘QR（LSQR）分解算法作为对比以衡量Landweber算法的性能。分析了测量误差对于重建精度的影响，重建结果表明，即使在添加5%测量误差的情况下温度场的平均重建相对误差也仅为0.91%和0.92%，重建结果仍然是合理的。Landweber算法和LSQR算法具有相当的计算精度，但Landweber算法的计算时间是LSQR算法的1/10，其计算效率明显优于LSQR算法。      

面向鱼眼图像的人群密度估计

针对传统人群密度估计方法在鱼眼图像畸变下不适用的问题，提出了一个面向鱼眼图像的人群密度估计方法，实现了在鱼眼镜头场景下对人流量的监控。在模型结构方面，引入了可变形卷积，提高了模型对鱼眼畸变的适应能力。在生成目标数据方面，利用鱼眼图像的畸变特点，基于高斯变换，对人群标注转换的密度图进行符合鱼眼畸变的分布匹配。在训练方面，对损失函数的计算进行了优化，避免了模型在训练中陷入局部最优解的问题。由于鱼眼人群计数的数据集比较匮乏，采集并标注了相应的数据集。通过主客观实验与经典方法进行了对比，所提方法在测试集中的平均绝对误差达3.78，低于对比方法，证明了面向鱼眼图像的人群密度估计方法的优越性。      

SJ-10卫星固体材料燃烧实验装置

为对微重力条件下固体材料着火和火焰传播特性进行研究,研制了实践十号（SJ-10）卫星固体材料燃烧实验装置.利用空间高真空条件,采用实验段内气体环境更新和控制技术,实现了在有限实验空间内对多个实验样品进行研究,并提供准确可控的实验环境条件（氧气浓度和气流速度）.通过地面试验验证,该装置可通过实验样品、氧气浓度、气流速度、点火方式等实验参数的灵活组合,实现空间实验机会的充分利用和预定科学目标.