研究失重环境下流体力学特性的落塔设备

本文介绍模拟失重和低重环境的一个落塔试验设备,它的有效落高40米,失重时间2.8秒。主要用于研究运载火箭、卫星及飞船在失重环境下液体推进剂的控制与管理,确保发动机和姿控系统的多次起动和正常工作。落塔设备是利用振动试验塔提供的高度研制的。采用较大的组合式环形阻力板调节外舱下落速度;通过一系列试验选定适当比重和粒度的聚苯乙烯球和合理的外舱头部外形,使外舱下落阻力和缓冲过载都较小而进深合理;通过变换不同口径喷嘴改变推力。本文着重介绍试验设备,也谈到试验方法。     

简讯

Hawker 的高声强声试验设备一个新型的高声强声试验设备现在在Eauker Siddeley动力所的商用环境工程研究历投产。该设备包括一个压缩器房,气源、实验室、控制和仪表室.这个新设备所用的总气源在100Psi下达800 Scfm(每分标准立方呎)。它供给一个联接180呎~3混响室的随机气     

自由落体下落速度振荡现象的研究

为了研究自由下落物体的速度震荡现象,基于相对运动原理,应用立式风洞研究了5种典型形状的物体在上升气流中的悬浮特性。模型包括球形、正方体、长方体、短圆柱体和碟形等刚体。风速的平均值由皮托管风速计测得,同时通过CCD相机记录了物体达到悬浮状态前后的运动状态并进行了定量分析。实验结果表明:对称性较好的物体具有较稳定的悬浮特性;而非对称性物体,由于不同姿态角下的阻力系数和扭矩系数不同,很难维持一个稳定的悬浮状态,将伴随姿态的变化不断发生振荡运动。从而说明,空间形体对称的物体自由下落过程中可以达到较稳定的最大下落速度,而形体非对称的物体则难以达到确定的最大速度。除实验研究之外,还采用动态网格数值模拟手段计算了二维方形模型下落过程中的姿态角及运动轨迹,同时得到模型不同姿态角下的阻力和扭矩,计算结果也进一步解释了物体下落速度会发生振荡的原因。     

混凝土房屋结构靶的超高速撞击特性研究

为了研究动能武器对混凝土类目标的毁伤效果,采用试验和数值仿真手段,对钨合金弹丸超高速撞击混凝土房屋结构靶进行了研究,探讨了混凝土房屋结构靶在超高速撞击条件下的毁伤特点。试验所用的钨合金弹丸重35g,长径比为5,撞击速度2.5km/s;混凝土房屋结构靶抗压强度34.4MPa。研究发现:在开展的试验条件下,房屋结构靶顶层板和底层板被穿透,未发生解体破坏;靶体中加筋对靶体的穿孔大小及结构破坏没有明显的降低作用;速度2.5km/s的弹丸经撞击40mm厚混凝土板后的速度降到2.0~2.3km/s 范围内;弹丸超高速撞击混凝土房屋结构顶层板形成的碎片云速度较高,部分碎片对人员具有较强的杀伤效果,该部分碎片的扩张角为23°,在底层板上的分布范围大于穿孔大小。     

第七章 冲击运动的测量

7.1 前言冲击运动的测量与振动测量不同,有几个特殊的要求。冲击测量应用于各种专题场合,包括大地振动,导弹的撞击,试验件下落的突然减速以及火工品爆炸所引起的瞬时振动等等。这些场合对测量都有一个必须满足的特殊要求,以便给出准确的测量结果。在2.3章所叙述的基本特性这里仍然适用,然而对所用的仪表的特性必须给予特别的注意,例如幅     

几种靶板的撞击加速度和极限速度的试验研究

研究结构受撞击时的强度应当知道撞击过载和极限速度。对撞击过载和极限速度进行了试验研究。试验分两种情况,一种弹丸为φ10的铜球和圆柱,靶为钢板、铝板和玻璃钢板,弹丸速度为600—800m/s;一种弹丸为带卵形头部的长圆柱,靶为混凝土,弹丸速度为350—600m/s。应用相似理论,模型试验结果在设计中可以参考使用。     

不同液池深度下液滴撞击成泡现象

液池内液滴撞击成泡现象广泛存在,具有重要科研价值。利用高速摄像技术,测试了液滴从3~15m高度下落撞击不同深度液池时的液面成泡现象,给出了液池深度和液滴韦伯数We对撞击成泡的影响规律。结果表明:液滴撞击浅液池时,可以在撞击中心处形成1个圆泡,但撞击深液池时,则会先形成环形水泡,进而发展成1或2个圆泡,且成泡位置并不在撞击中心位置;在液滴撞击速度、液池深度、回落二次液滴等因素影响下,液滴撞击成泡现象呈现复杂的概率分布特性。     

种子叶片自旋下落过程涡系的PIV实验研究

本文利用粒子图像测速技术研究种子叶片自由旋转下落过程中不同涡系的相互作用机理。以典型枫树种子叶片为研究对象,通过对比不同叶片长度、叶面厚度、叶面宽度、下落锥角、自旋角速度、下落速度和下落初始角度等参数对过渡期和稳定期的影响,分析了诱发叶片自旋的外形特征和空间特性。结合特征参数分析,对叶片自旋稳定期开展了PIV流场测量实验,解析了无干扰下种子叶片下落过程中涡系的产生和演化机理。实验结果表明:稳定期气流在叶尖正面位置产生前缘涡（沿展向呈圆锥状结构）,后缘位置产生反方向的后缘涡;两个涡发生相互耦合运动,前缘涡的强度大于后缘涡,从而导致叶面产生锥角。在前缘和叶尖前方观测到较高的速度向上的区域,而在后缘和叶根附近则出现较高的速度向下的区域,从而对种子产生向上的升力,使叶片实现自旋稳定下落。通过枫叶种子自由下落的无干扰PIV测量,初步获得了贴近叶片表面前缘涡的运动性状,验证了后缘涡的存在,结论对单翼型旋转叶片的设计有一定指导意义。     

Φ5m立式风洞阻尼器的研制和应用

立式风洞开展自由失速/尾旋试验要求试验段气流速度具备快速调节能力,阻尼器是实现试验段气流速度快速调节能力的装置.叙述了阻尼器机械结构设计和它的功效,说明了控制系统设计及联调结果,介绍了试验段气流速度快速性调试方法及结论.系统应用表明,风洞试验段气流速度具备一定快速调节能力,具备开展自由失速/尾旋试验条件.     

随机振动环境条件制定中的若干问题

随机振动环境是运载火箭最严重的工作环境之一。因振动而使火箭飞行失败或使有效载荷失效的例子不少。因此随机振动环境条件制定的是否正确,将直接影响到火箭的可靠性、研制进度和成本。过去由于遥测数据很少,环境条件主要是在继承性的基础上,参考国外早期类似型号的资料而确定的。随着航天事业的发展,我们开始积累了一些宝贵的遥测数据和地面试验数据;对于环境源以及地面模拟试验方法也有了不少新的认识和探讨;而我们的试验设备和试     

充水压力容器超高速撞击特性试验与仿真研究

通过试验和数值仿真研究铝球以约2.5 km/s的速度撞击球形充水压力容器的撞击特性,容器为先充约80%的水再充2.0MPa氮气的球形不锈钢压力容器。结果表明:超高速撞击充水压力容器的主要损伤为穿孔和爆裂;铝球撞击穿透容器后在水中减速明显,未对容器后壁造成明显损伤;压力容器的工作压力相同时,在相近的撞击参数下,设计压力小的压力容器更易发生爆裂。研究结果可为在轨航天器上的压力容器设计和空间碎片防护提供参考。     

液滴高速撞击低温壁面的动态特性及破碎机理研究

为研究液滴撞击低温壁面的动态行为,运用高速阴影法对韦伯数（We）在533～1630之间的单液滴撞击常温壁面（22 ℃）与低温壁面（?30～?10 ℃）进行可视化试验。试验结果表明:液滴以一定速度撞击低温壁面时,会发生即时破碎和冠状破碎,二次液滴飞溅明显;但液滴以相同速度撞击常温壁面时,未出现液滴破碎现象。随着壁面温度的降低,液滴撞壁破碎所需韦伯数减小。在壁面温度为?30 ℃时,液滴撞击铝合金板的破碎临界韦伯数降低至480左右;当We < 480时,即使壁面温度低于?30 ℃,液滴也不会发生撞壁破碎。当液滴撞击常温壁面时,液滴快速铺展,并且韦伯数越大,液滴铺展和回缩的速度越大,液滴的铺展因子越大。该研究可为液滴撞击低温壁面撞壁模型的建立提供参考。     

极限速度半经验算式的应用范围及其推广的实验研究

薄板或有限厚度板,受到弹丸撞击时,需要研究极限速度(最小穿透靶板速度)v_L。为了能用较少的试验数据确定v_L,用实验方法研究极限速度的半经验算式v_L~2=v~2-v_r~2的使用范围,并将其推广应用到估算速度v(?)2000m/s撞击的多层靶板的极限速度v_L。     

航天器解体模型研究的新进展

航天器解体模型用于描述航天器因爆炸或碰撞解体所产生碎片的数量、尺寸、面质比以及速度等特性的分布规律,对于空间碎片环境建模与演化、空间碎片撞击风险评估及空间解体事件分析具有重要意义。分析了目前广泛使用的NASA标准解体模型的特点,介绍了近年来国内外在航天器解体模型方面的研究进展。国外的研究主要介绍了日本九州大学和德国EMI实验室开展的卫星撞击试验以及NASA最近启动的新一轮卫星撞击研究项目。国内的研究主要介绍中国空气动力研究与发展中心(CARDC )开展的卫星撞击试验和仿真研究,以及在此基础上发展的CARDC-SBM航天器碰撞解体模型,并比较分析了该模型与 NASA 标准解体模型的差别。对当前航天器解体模型研究存在的不足进行了分析,提出了下一步应关注的研究方向。     

200犿自由飞弹道靶升级改造

200m自由飞弹道靶是国内唯一一座具备开展气动力、气动物理、材料抗粒子云侵蚀及超高速碰撞等地面试验研究的综合性弹道靶设备。为满足高超声速飞行器发展的进一步需求,2009年起气动中心对200m 自由飞弹道靶进行了升级改造,升级设备包括发射器系统、靶室/真空系统、测控系统、模型姿态测量系统等。改造后的发射器系统将新增203mm和120mm口径二级轻气炮,具备0.5~30kg模型发射速度0.3~5km/s 的发射能力;靶室由原来的Ф1.5m洞体升级至Ф3m洞体,同时配备新的真空设备,实现0~80km高度模拟;测控系统将扩大测试视场以满足大模型测控需要;模型姿态测量系统除阴/纹影照相系统外,还将新增双目前光成像定位系统、脉冲X射线成像测量系统等测试设备。改造后的200m自由飞弹道靶将成为大中小口径发射器配套齐全,兼具气动力特性、材料抗粒子云侵蚀、高速/超高速碰撞等试验能力的综合性弹道靶设备。     

Ф5m立式风洞阻尼器的研制和应用

立式风洞开展自由失速/尾旋试验要求试验段气流速度具备快速调节能力,阻尼器是实现试验段气流速度快速调节能力的装置。叙述了阻尼器机械结构设计和它的功效,说明了控制系统设计及联调结果,介绍了试验段气流速度快速性调试方法及结论。系统应用表明,风洞试验段气流速度具备一定快速调节能力,具备开展自由失速/尾旋试验条件。     

改善小型混响室低频性能的技术

第一节引言本报告给出了小型混响室特性的试验研究结果。在研究过程中,设计、制造和评定了一个容积为135呎~3,用混凝土建造的小型矩形混响室.试验结果表明:当简正方式重叠指数大于1/3时,以统计可靠性、时间均方声压     

管道相连泄爆容器中粉尘爆炸的实验研究

采用管道相连容器进行了工业规模的粉尘爆炸实验,目的是研究粮食粉尘在管道相连的加工和输送工业设备中发生粉尘爆炸时火焰和爆炸压力的传播过程及粉尘的Kst值对爆炸的影响.实验装置为一个气力输送系统,由两个不同体积的容器通过管道连接构成.采用粮食工业上具有代表性的两类粉尘进行了粉尘爆炸测试,爆炸从一个容器中通过管道传播到另一个容器中并引发了随后的二次爆炸,测试了不同位置的火焰和压力信号.实验结果表明:即使在起爆容器采取了泄爆措施,管道中没有粉尘喷入的情况下,粉尘爆炸火焰也可沿管道传播达30m并引发二次爆炸;随着粉尘爆炸指数的增大,初始爆炸的猛烈程度增强,火焰传播速度加快,二次爆炸的猛烈程度也随之增强.     

月球着陆器软着陆半主动多态控制

基于磁流变阻尼器在月球着陆器上应用的可行性及其阻尼的可控性,设计了一种磁流变缓冲装置.考虑到着陆时减速火箭的反推力影响以及着陆时地面撞击的作用,假设着陆器的着陆初始高度多变,建立了一种月球着陆器着陆地面冲击模型.根据着陆过程缓冲与减振的要求,采用了软着陆半主动多态控制策略.应用加速度与速度响应进行状态切换,并根据能量守恒原理确定出多态控制缓冲嚣的状态参数.3种不同被动控制进行比较分析.结果表明,半主动控制缓冲器能很好地降低着陆器着陆冲击时的过载,同时也能很好地减缓其着陆时的振动.采用半主动多态控制策略的着陆器对较高的着陆初始高度和较大的接地下沉速度的适应性很强,其缓冲效率随着着陆初始高度的增加而增加,在达到允许的最大加速度和允许的最大缓冲行程时,缓冲效率达到最高,这能很好地保障着陆器软着陆安全.     

低温光谱实验中气动反应室装置——二维超声速微型风洞的设计

为了给气体分子低温光谱实验研究提供必要的超声速膨胀流动(低温)条件,本文阐述了有关的二维超声速喷管装置的流动分析和设计思想。综合分析实验对本装置的要求,选择了三种喷管设计情况:其喉道高度分别为0.5毫米、0.05毫米和0.2毫米;实验区内的气流温度为70K、15K 和70K;压力2266Pa、2133Pa 和2493Pa;质量流量达到38克/秒、37.6克/秒和29.9克/秒.