TC4和GH4169合金X射线散射比的测定及分析

控制散射线是提高射线检测成像质量的主要手段之一,本研究通过缪勒法对激光快速成型TC4钛合金和GH4169高温镍基合金经X射线透照时的散射比进行了测量,结果表明:在本研究测量的所用的射线能量范围内,厚度一定的条件下,对于激光快速成型TC4钛合金和GH4169高温镍基合金,当管电压分别在80~180 kV和85~170 kV范围内增加时X射线散射比均减小;当管电压分别超过180 kV和170 kV后,散射比基本保持不变。对于TC4钛合金,在7~40 mm厚度范围内,对于GH4169高温镍基合金,在1~14 mm厚度范围内,随着材料厚度的增加,散射比均具有增加的趋势;因此,在条件允许的情况下,适当提高管电压有利于减少散射线对成像质量的影响。     

冰层中Lamb波传播特性的数值模拟和实验研究

作为最常用的超声导波之一,Lamb波具有能量集中、传播范围广、沿程衰减小等特点,可以拓展应用于结冰探测领域。为探明Lamb波在冰层中的传播规律,基于Lamb波探冰实验平台构建物理模型,以COMSOL Multiphysics软件为计算工具,数值模拟了不同厚度、不同长度冰层中的Lamb波传播情况。在此基础上,搭建了Lamb波探冰实验平台,开展了无冰铝板和覆冰铝板Lamb波传播实验。结合数值模拟和实验结果,明确了温度、冰层几何特性、液态水对Lamb波传播特性的影响规律。结果表明：温度越低,Lamb波传播群速度越快;在一定冰层厚度范围内,接收端压电片电压幅值衰减量随冰层厚度增大而增大;随着冰层长度增加,接收端Lamb波B1模态时间延迟量线性增大;液态水仅对Lamb波A0模态产生影响,对S0模态影响不大。实验和数值模拟结果具有较好的一致性,为Lamb波结冰探测技术提供了理论参考。     

电磁波在等离子体高温气体中传输特性实验研究

针对高超声速飞行器头身部形成的等离子体鞘套对通信的影响,在中国空气动力研究与发展中心的粉末激波管上开展了电磁波在等离子体高温气体中传输特性的实验研究.实验中获得了等离子体气体中的电磁波透射率、电子密度和碰撞频率.实验结果表明:X波段和Ka波段电磁波在高激波马赫数Mas=16.1、1区气体压力P1=1200Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体高温气体中能量衰减大于30dB,难以传输;X和Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=15 9、1区气体压力P1=80Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体高温气体中能量衰减大于30dB,难以传输;X波段和Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=10.1、1区气体压力P1=80Pa的激波管实验状态下产生的高温等离子气体中平均传输损耗较小,可以进行有效传输;Ka波段电磁波在激波马赫数Mas=8.9、1区气体压力P1=1200Pa的激波管实验状态下产生的厚度80mm等离子体气体中平均传输损耗小于1dB,可以进行有效传输.实验得到的等离子体高温气体中的电磁波透射率、电子密度和碰撞频率与理论计算值基本一致.     

平面激光诱导荧光显示火焰中OH的分布图像

用平面激光诱导荧光技术测量了平面火焰炉、原子气化炉和超声速燃烧室的单脉冲激光诱导OH荧光。由平面荧光图可得到氢氧基相对浓度分布和它的厚度。由超声速燃烧室的OH荧光测量 ,可以看出不同时间OH分布的差别。氢氧基的PLIF图像是研究火焰结构和流场的有力工具。     

不同扫描条件下的小动物成像评估

为了评估在不同高压、滤光片厚度和管电流条件下的小动物成像,开发了一套动物成像微型CT装置,并在此装置上进行了不同高压、滤光片厚度、球管电流和曝光时间条件下的老鼠成像。以蒙特卡罗软件包PENELOPE为基础,开发了模拟本装置使用的X射线球管光谱的模型。同时,基于Matlab平台开发了计算X射线柬各种参数,包括平均能量、光强变化以及透射率变化等的软件平台。评估了各种影响微型CT成像的参数对信噪比（SDNR）的影响,并分析了成像参数选择与信噪比之间的关系。文中一系列针对小动物成像和图像质量评估的工具和方法可被广泛应用于小动物成像领域。     

基于神经网络的荧光油膜厚度与灰度研究

在全局摩阻测量中,薄油膜技术可以很好地表征表面摩阻的分布情况。用特定波长的紫外线照射添加了荧光显色分子的不同厚度的油膜,油膜将发出不同的亮度。利用该原理通过检测受激发的荧光油膜灰度值可解算出相应油膜的厚度。本次采用BP神经网络及极限学习机(Extreme learning machine,ELM)神经网络搭建模型完成了荧光油膜厚度与灰度关系的预测,运用Hopfield神经网络完成了相应参数的辨识。实验表明,ELM神经网络模型、BP神经网络模型及插值法模型的预测误差分别为5.150%、5.485%和5.935%。通过Hopfield神经网络辨识,光源功率、光距和曝光系数等影响因素的参数误差率控制在1%左右,达到实际工程运用的要求。与传统插值法相比,通过神经网络可获得更高的精度,为荧光油膜灰度与厚度研究提供了一种可行的方法。     

蓝宝石光学窗口辐照效应

蓝宝石光学窗口在空间环境服役时,将会受到不同射线(如γ射线、X射线)以及离子流(如电子、质子等)的辐照作用,使其光学性质及结构发生变化,影响使用性能.为模拟空间环境,采用60Co源及电子流对蓝宝石进行辐照,研究了蓝宝石经辐照后的光学性能及结构变化,测试了蓝宝石辐照前后的表面粗糙度以及吸收光谱和荧光光谱变化.AFM实验表明,γ射线辐照对蓝宝石表面粗糙度几乎没有影响,而电子流辐照使得蓝宝石表面粗糙度增加.吸收光谱结果显示,蓝宝石经射γ线及电子流辐照后在紫外可见波段表现出较强的吸收,出现206,238,300和330 nm等吸收峰.荧光光谱发现335 nm和410 nm等荧光发光峰.曩后分析了色心产生原因,计算了辐照前后的色心浓度.     

大气环境中喷流等离子体隐身试验研究与分析

介绍了喷流等离子体隐身技术的原理性试验及其数值计算.试验是在大气环境中利用微型固体火箭发动机作为等离子体发生器,选择不同的发动机参数和推进剂控制发动机产生不同的喷流等离子体.在小双站角方式下,使用X波段连续波雷达系统测量了不同的喷流等离子体覆盖金属目标表面时的微波散射功率.试验结果表明,等离子体层厚度为9cm、电子密度分布接近为高斯分布、电子与中性气体的碰撞频率为高斯分布、峰值电子密度为1012/cm3量级、峰值碰撞频率为2.2×1011Hz的喷流等离子体对X波段微波具有明显的吸收作用,平均吸收达到90%.数值计算采用时域有限差分(FDTD)方法中的直接积分方法,用试验获得的等离子体层厚度、电子密度分布、电子与中性气体碰撞频率的空间分布等参数计算了有等离子体覆盖时金属目标的雷达散射截面(RCS),选用的微波频率为X波段的典型频率10GHz.数值结果表明,试验产生的特定等离子体能够有效地吸收电磁波的能量,减少RCS.数值计算结果和试验结果较吻合.     

超塑成形/扩散焊接组合工艺数值模拟初探

基于超塑性材料高温扩散蠕变、晶界滑移、孔洞闭合、界面再结晶机理,研究ＳＰＦ／ＤＢ组合工艺的数值模拟,用非线性有限元数值模拟超塑成形和预测厚度变薄率,将有限元结果作为加载条件,计算扩散焊接焊合率和预测焊接强度,计算结果与３维实验数据曲面比较,吻合良好。     

内融冰盘管动态蓄冰特性数值模拟与实验研究

采用焓法建立了管外结冰过程的二维动态数学模型,数值模拟了冰层沿换热管径向及长度方向的动态生长规律,并在此基础上分析了载冷剂进口温度、流量变化和不同结冰时间等对冰层动态生长及蓄冷特性的影响,并进行了实验验证。实验结果表明:在结冰初期的2 h内冰层厚度及动态蓄冷量数值模拟结果与实验数据误差较大,而在蓄冰过程结束时二者吻合较好,误差在10%以内;沿载冷剂流动方向冰层厚度逐渐减小,数值模拟与实验结果基本吻合。数值模拟结果与实验数据基本相符,验证了建立的数学模型的合理性。     

Method for Measuring Residual Stresses Induced by Boring in Internal Surface of Tube and Its Validation with XRD Method

Residual stresses can have a strong effect on the usability of machined parts,and the X-ray diffraction(XRD)measuring equipment,which is commonly used to measure residual stresses,is very expensive.This paper presents a method of measuring the residual stresses induced by boring in the internal surface of a tube with much cheaper equipment.The method,called the strain-based method is mainly based on the strains measured on the external surface of the tube.It is proposed on the basis of the very long tube assumption.The finite element method(FEM)analysis is thus used to validate the length of the tube.Guided by the FEM results,an appropriate length of the tube is chosen,and the residual stresses are obtained from both the strain-based method and the XRD method.Stress profiles obtained from both two methods are compared.The comparison result indicates that the profiles of the two methods agree well with each other.Therefore,it can be concluded that the accuracy of the strain-based method is high enough,and it can be applied to residual stress measurement in practice.     

基于飞秒激光电子激发标记测速技术的剪切流场速度测量

流场速度测量精度会影响飞行器气动性能的预测精度,常用的基于激光技术的非接触式速度测量方法已不能完全满足流场速度高精度测量需求,飞秒激光电子激发标记（Femtosecond Laser Electronic Excitation Tagging,FLEET）测速技术有望解决这一问题。利用钛蓝宝石飞秒激光器搭建了FLEET测速系统,分析了流场中的N₂分子在飞秒激光激发下的电子荧光光谱;基于FLEET测速系统,在射流剪切装置上开展了剪切流场速度测量实验,通过调节高速通道的流量/压力获得了不同速度分布的流场,开展了不同流场速度（30～170 m/s）下的FLEET测速实验;研究了延迟时间对流场速度测量的影响。结果表明:随着延迟时间增加,荧光图像会由于等离子体的扩散而发生弥散;FLEET荧光信号衰减会使信噪比有所降低,但不同延迟时间下得到的流场速度分布形态基本一致;FLEET技术在有效荧光寿命范围内具有足够的准确性应用于剪切流场速度测量。     

三维旋转水平轴风力机流场的PIV试验和数值模拟

通过粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)测量和定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟相结合的方法,对某三维旋转水平轴风力机模型的流场展开研究。在风洞开口实验段,来流风速为8m/s,针对不同尖速比(λ=4,8)利用PIV技术对风力机叶片的瞬时速度场进行测试。通过定常CFD数值模拟,获得了风力机叶片在相应工况下的流场细节。在8m/s来流风速下,当尖速比大于7.4时,试验测得的风轮扭矩和风能利用率与数值模拟结果趋于一致。尖速比小于7.4时,试验测得的扭矩值低于计算值,其风能利用效率也较低。通过速度矢量分布可以看出,在λ=4时,PIV测得靠近叶根的两个截面S1,S2在叶背有明显的流动分离,CFD结果中仅在S1截面叶背存在流动分离,S2截面叶背存在低速区。在λ=9.8时,PIV和CFD结果均显示叶片绕流流场没有流动分离。尝试采用Gamma Theta转捩模型进行了数值模拟,在考虑了层流影响后,计算所得风轮扭矩更加接近试验值。     

双附壁扁平射流燃烧室流场的测量

一种新型的双附壁扁平射流炬形模型，应用到煤粉燃烧室中，具有很高的工业价值。作者使用二维激光多普勒测速仪，对这种模型的冷态流场，进行了测量，得到二维的平均速度、湍流度、相关系数和雷诺应力等一系列数据结果，验证了这种燃烧室具有明显的双附壁效应和强烈的湍流脉动，是一种有利于燃烧和避免结焦沉底的高效型结构，具有推广价值。文中着重介绍了带有频移器的ＬＤＶ系统的有关操作技术。     

电热破膜激波管及其PLIF测量系统的研制

探讨了用Nd:YAG脉冲激光器作为泵浦光源对激波管内瞬态非定常流场进行平面激光诱导荧光(Planar laser induced fluorescence,PLIF)测量的时序同步问题.由于该激光器需要预热以获得稳定的倍频输出,作者研制了低压大电流的电热破膜装置,实现对激波产生时机的控制.在大尺寸矩形截面的激波管上搭建了PLIF测量平台,并在此平台上进行了丙酮示踪流场显示和氢氧基分布测量.     

MSD对老旧飞机搭接结构完整性的影响

利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机机翼蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同分布钉载下MSD裂纹应力强度因子(SIF)随裂纹扩展历程变化的计算曲线,和已有的文献比较表明,本文数值结果精确,方法可靠。计算结果表明,孔壁受载方式对SIF影响不大,但对MSD裂纹扩展方向有明显的影响;相对于均匀分布和集中力,二次分布的钉载更接近于实际的孔壁受载方式,且在计算时,应考虑其它排钉孔的受载。最后探讨了基于力学的评估含MSD搭接结构完整性的方法。     

混合励磁同步电机电抗计算与建模

混合励磁同步电机(Hybrid excitation synchronous machine,HESM)磁场分布往往呈现三雏特性,二雏有限元法难以适用.而三维有限元瞬态场分析的计算量巨大,进行混合励磁同步电机与控制系统外电路的闭环场路耦舍仿真目前还不现实,本文建立了切向磁钢HESM的三维有限元模型,由静磁场计算得到气隙磁通随励磁电流的变化规律.利用三雏瞬态场路耦合分析电机空载特性和外特性,由电势波形和矢量图推算不同励磁、不同负载电流下电机同步电抗值.根据电压方程建立了切向磁钢HESM的MATLAB/Simulink数学模型,仿真和实验结果验证了模型的正确性,为新型混合励磁同步电机的闭环系统仿真分析、快速计算提供了重要的分析手段.     

惯性速度辅助下GPS／捷联惯导组合系统性能研究

ＧＰＳ／惯性导航组合系统目前正得到越来越广泛的应用，但ＧＰＳ接收机载波环失锁时，码环的速率辅助信息来自惯导系统，由于惯性速度的不精确性及伪距测量误差和它之间的相关性，将可能导致组合系统工作的不稳定，本文根据码环的工作特性，在组合卡尔曼滤波器中考虑了码环的跟踪误差，利用ＧＰＳ／捷联惯导组合系统的导航性能，结果表明，ＧＰＳ／捷联惯导组合系统中，若消除了伪距测量误差与惯性速度误差之间的相关性，将可较显著     

光学干涉技术定量显示双马赫反射的密度场

本文介绍了对激波管流动采用两次曝光全息干涉、M-Z 干涉和差分干涉三种技术所获得的双马赫反射二维密度场的定量测量结果,并与数值计算结果作了比较,两者十分吻合。