Tracking characteristics of tracer particles for PIV measurements in supersonic flows

The tracking characteristics of tracer particles for particle image velocimetry (PIV) mea-surements in supersonic flows were investigated. The experimental tests were conducted at Mach number 4 in Multi-Mach Wind Tunnel (MMWT) of Shanghai Jiao Tong University. The motion of tracer particles carried by the supersonic flow across shockwaves was theoretically modelled, and then their aerodynamic characteristics with compressibility and rarefaction effects were evalu-ated. According to the proposed selection criterion of tracer particles, the PIV measured results clearly identified that the shockwave amplitude is in good agreement with theory and Schlieren visu-alizations. For the tracer particles in nanoscales, their effective aerodynamic sizes in the diagnostic zone can be faithfully estimated to characterize the tracking capability and dispersity performance based on their relaxation motion across oblique shockwaves. On the other hand, the seeding system enabled the tracer particles well-controlled and repeatable dispersity against the storage and humidity.     

高速流动中PIV示踪粒子松弛特性研究

示踪粒子的随流能力是PIV技术在高速流动中应用的关键点之一。在上海交通大学变马赫数高速风洞中开展了PIV实验研究,重点提出一种评价示踪粒子随流能力的松弛特性分析模型。在马赫数4条件下尖锥、尖劈等模型PIV实验研究中,可以准确分析粒子的松弛特性,粒径分析结果与实验吻合较好,并验证了高速流动PIv的测试精度和示踪粒子布撒能力。     

示踪气体法求客舱通风量和空气龄的方法

 传统的用浓度变化求通风量的公式是建立在单室通风模型上的。通过建立示踪气体质量平衡方程式可得到用单种示踪气体和多种示踪气体浓度变化求客舱（多室）通风量和渗风量的方法。为了提高客舱内空气品质,引入了空气龄的概念并给出了由客舱内典型点的示踪气体的浓度求空气龄及通风效率的方法。     

基于低密度粒子图像叠加的Micro-PIV速度场测量

提出了一种基于低密度粒子图像的微流体粒子图像全场测速技术。经过背景噪声去除、阈值过滤、图像增强等图像预处理过程,获得了高质量的低密度荧光示踪粒子图像。对100对图像进行图像叠加处理,得到了满足互相关算法求解二维速度场的高密度叠加粒子图像。针对宽度为250μm,深60μm的长直微通道开展了覆盖全场不同流体层平面的二维速度测量,并利用多个流体平面的二维速度场实现了微通道内全场速度的构建。研究结果表明：由于图像叠加法去除了像径大但灰度低的背景粒子图像,采用互相关分析能够准确获得分层二维速度场,所构建的全场速度场正确反映了长直微通道内流流场特征。     

超声速光学头罩流场的PIV研究

在马赫数Ma-3．8超声速风洞中,采用PIV（Particle Image Velocimetry,粒子图像测速）技术测量了超声速光学头罩流场的速度分布。PIV技术应用于超声速流场时,对系统的硬件配备、示踪粒子的跟随性以及PIV算法的精度有很高的要求。本文PIV系统选用高精度的同步控制器和高能量激光器;以纳米级粒径的粒子作为示踪粒子,通过斜激波响应实验分析了其在超声速流场中的跟随性;并采用多种高精度速度场算法对粒子图像进行处理。实验结果表明,示踪粒子在超声速流场中有很好的跟随性,采用的高精度速度场算法能够很好地反映超声速光学头罩流场的速度分布。     

重力作用下的粒子扩散模型及数值模拟

建立了粒子在重力、流体阻力和随机力作用下的烟幕扩散模型,测试了某种纳米碳纤维材料在烟幕箱里的扩散,利用线性回归分析估计了测试光路上的质量浓度,计算了烟幕的沉降速率。分别用本文建立的模型和随机游走模型模拟了该材料在烟幕箱里的扩散过程,模拟计算得到的质量浓度和沉降速率表明,本文建立的模型所模拟的结果更接近于实际测量结果。     

F-35战斗机气动及隐身特性分析

以F-35战斗机为研究目标,对目标体进行三维外形重建,并对重建后的模型进行气动及隐身特性的计算和分析,首先采用了基于飞机三视图进行轮廓线提取来重建F-35全机理论外形的方法,引入了基于草图跟踪的CATIA三视图的标定,大大地提高了模型重建的精度。其次采用非结构网格对F-35的计算区域进行网格划分,采用EULER方程完成了F-35在亚声速、跨声速及超声速等飞行条件下的流场计算,分析了不同状态下的升力、阻力和大迎角气动特性。最后利用曲面像素法对F-35全机高频雷达目标特性进行了计算,提出了一种基于IGS数据转换格式的隐身计算网格生成方法,比较了不同俯仰角及方位角下的RCS特性曲线,分析了对RCS影响比较大的部件。     

全内反射测速技术（TIRV）中界面隐失波基准光强I_0的确定

基于隐失波全内反射的测速技术TIRV（Total internal reflection velocimetry）是微纳流动中测量壁面附近几百纳米范围内速度的有效方法。隐失波的光强分布I（z）随离开壁面的高度z指数衰减。若荧光粒子位于光强分布中,其亮度也将符合此指数关系,通过测量粒子亮度可确定粒子的垂向位置z,而确定隐失波的基准光强I0是该技术的关键之一。基于粒子近壁Boltzmann浓度分布、粒子粒径不均匀性和隐失波光强公式,给出了粒子亮度概率密度分布的数值解。实验测量粒子统计亮度分布后,依据实验和理论分布相同原则可定量确定基准光强I0。采用100nm和250nm荧光粒子验证此方法并定量分析了粒径分散性对确定I0的影响。进一步采用100nm粒子进行近壁速度测量实验,结果验证了本方法的有效性。     

离子液体微推进技术研究进展

介绍了离子液体推进器的基本结构和工作原理,阐述了粒子发射的限制条件及通常采用的工作模式,总结了该推进器的常见分类形式。介绍了当前广泛应用的一些实验方法和仿真手段,以及针对发射阈值场强、束流散射、多粒子分散效率、推进器长时间工作稳定性等问题开展相关研究取得的进展,对比分析了适合粒子发射的工作环境及相对精确的仿真方法,为推进器的后续设计、工作模式设定及性能评估等工作提供了参考。结果表明：增大推进剂流阻、提高发射极阵列密度是提高离子液体推进器效率和推力的合适手段;利用闭环控制的方法改变发射电压极性、逐渐提高发射电压大小是维持推进器推力大小、提高工作稳定性的有效方法。     

白光气泡图象测速技术

 介绍了一种新的PIV(Particle Image Velocimetry)测速技术——白光气泡图象测速技术。用电解水产生的氧泡作为流场示踪粒子,用普通闪光灯组作为PIV底片记录的多脉冲光源。其主要优点是:对实验设备无污染;不需要高能量激光光源;并可获得高信噪比的PIV底片。     

平面扩压叶栅流场犘犐犞与三孔尾迹探针对比测试研究

针对PIV技术在暂冲式高亚声速平面叶栅流场中遇到的示踪粒子投放问题,通过采用高压雾化式粒子发生器以及安装在稳定段前的撒播器,有效地使示踪粒子均匀地与主流混合,并成功开展了某扩压平面叶栅叶片槽道及出口尾迹可视化测量,获得了零迎角、进口马赫数0．2～0．8状态下的二维速度矢量场。为了验证PIV在叶栅流场测试结果的可靠性,在相同工况下,将PIV测量结果分别与数值计算结果和三孔尾迹探针测量结果进行了对比分析。结果表明：采用PIV技术测得的叶栅中截面二维速度矢量场合理地反映了叶片槽道及尾迹的流动结构,与数值模拟结果较为接近;PIV与三孔楔形尾迹探针在叶栅出口尾迹的测量所获得的气流速度和主流区的出口气流角重合性较好;尾迹分离区的出口气流角重合性略差,主要原因是尾迹区气流角超出了探针校准范围,这也说明了PIV测试技术优势。本文提出的PIV测量技术也可用于连续式叶栅风洞中。     

Solar Energetic Particle Charge States: An Overview

The ionic charge distributions of solar energetic particles (SEP) as observed in interplanetary space provide fundamental information about the origin of these particles, and the acceleration and propagation processes at the Sun and in interplanetary space. In this paper we review the measurements of ionic charge states of energetic particles in interplanetary space and discuss their implication for our understanding of SEP sources, and acceleration and propagation processes.     

Ionic Charge States of Solar Energetic Particles: A Clue to the Source

The ionic charge of solar energetic particles (SEP) as observed in interplanetary space is an important parameter for the diagnostic of the plasma conditions at the source region and provides fundamental information about the acceleration and propagation processes at the Sun and in interplanetary space. In this paper we review the new measurements of ionic charge states with advanced instrumentation onboard the SAMPEX, SOHO, and ACE spacecraft that provide for the first time ionic charge measurements over the wide energy range of ∼0.01 to 70 MeV/nuc (for Fe), and for many individual SEP events. These new measurements show a strong energy dependence of the mean ionic charge of heavy ions, most pronounced for iron, indicating that the previous interpretation of the mean ionic charge being solely related to the ambient plasma temperature was too simplistic. This energy dependence, in combination with models on acceleration, charge stripping, and solar and interplanetary propagation, provides constraints for the temperature, density, and acceleration time scales in the acceleration region. The comparison of the measurements with model calculations shows that for impulsive events with a large increase of Q _Fe(E) at energies ≤1 MeV/nuc the acceleration occurs low in the corona, typically at altitudes ≤0.2 R _S .     

用PIV技术测量径向进气旋转盘腔内的流动

将PIV(particle image velocimetry,粒子图像测速仪)技术应用于多功能旋转换热实验台,测量了不同工作状态下径向进气旋转盘腔间的速度场.介绍了实验装置、实验方法和误差分析方法;给出了旋转盘腔间速度场的瞬时值和平均值,测量结果表明了PIV技术能够测量复杂旋转盘腔间的流场,并定量分析影响因素(旋转雷诺数和流量系数)对速度场的影响;同时,分析得出激光反光的控制和示踪粒子的均匀稳定散播是实验成功的关键因素.      

Oxygen Isotopes in the Solar System

The oxygen three-isotope system has major advantages over the two-isotope systems of hydrogen, carbon, and nitrogen because different fractionation laws govern intraplanetary and interplanetary processes. This permits discriminating between solar nebular processes and parent-body processes. Oxygen isotopes also serve as a sensitive natural tracer for meteorite classification. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Galaxies in a Box: A Simulated View of the Interstellar Medium

We review progress in the development of physically realistic three dimensional simulated models of the galaxy. We consider the scales from star forming molecular clouds to the full spiral disc. Models are computed using hydrodynamic (HD) or magnetohydrodynamic (MHD) equations and may include cosmic ray or tracer particles. The dynamical scales covered, ranging from the full galaxy structure, through the turbulent scales of supernova (SN) explosions, down to cloud collapse and star formation, make it impossible with current computing tools and resources to resolve all of these in one model. We therefore consider a hierarchy of models and how they can be related to enhance our understanding of the complete galaxy.     

数控机床几何误差测量研究现状及趋势

数控机床作为现代制造加工业的"工业母机",是衡量国家制造业的重要标志。随着技术的发展,对机床加工精度的要求越来越高。因此,我国数控机床精度和精度保持性面临着严峻的挑战,如何快速准确测量数控机床的各种误差成为该领域的一个研究热点和重点。首先从测量仪器角度以及测量策略研究角度回顾了数控机床激光干涉测量、激光跟踪测量、空间体积误差测量、球杆仪测量、平面光栅测试、R-Test、标准件测试等主要几何误差综合测量方法,并对热误差、力误差等相关研究做了简要回顾。在此基础上,分析了当前数控机床误差测量面临的主要挑战以及下一步的发展趋势,为国产数控机床误差测量方法与技术发展提供了建议。     

一种改进的预测示迹线求解方法

 本文在更一般的条件下导出了一种改进的预测示迹线原理公式。解算式的要点是通过逆时间方向积分Euler角运动方程,直接给出弹丸发射时刻与观测时刻机体坐标系之间的转移矩阵。利用简化的Euler角运动方程的解和近似解,从分析上和数值上讨论了本文原理式与传统原理式之间的差别。对于改进原理式的工程实现问题,作了简要的讨论。     

基于加权最小二乘法的大部件对接位姿评估算法研究

本文以定位器支撑的大部件调姿系统为研究对象,通过激光跟踪仪测得大部件上多个测点坐标数据.针对各点在不同坐标系下测量点值不匹配且各点精度要求有差异的问题,提出了最小二乘法评估大部件位姿的模型,并利用权值实现对多个测点数据进行误差分配优化,为大型部件的位置姿态评估计算提供一套有效的解决方案.