高超声速气动试验的新进展

本文报导了1992年7月在美国纳希维尔召开的 AIAA 第17届航空航天地面试验会议的概况。简要地介绍了讨论航空航天地面试验面临的技术挑战,CFD 和地面试验的相互作用,美国气动力学与气动热力学研究的未来等三个大会报告的内容。介绍了在会议报告中叙述的对高超声速气动试验的新要求和自由飞弹道靶、 脉冲风洞、稀薄气体设备、电弧加热器的新进展。最后,对我国高超声速气动试验的发展提出了建议。     

高焓电弧风洞试验热化学非平衡流场数值模拟

针对高焓电弧风洞内部流动的热化学非平衡效应及气体组分和振动能量冻结效应导致的试验数据外推困难问题,基于高焓风洞喷管/试验段/试验模型一体化数值模拟的思路,通过数值求解三维热化学非平衡Navier-Stokes方程,开展了FD-15高焓电弧风洞典型运行状态下流场的数值模拟,与典型试验状态的气动热数据进行了对比验证,研究了试验数据外推飞行条件的方法及有效性问题,分析了提高驻室总压对试验数据外推的影响。研究表明:（1）风洞试验段来流离解度高,热化学非平衡效应及其冻结现象严重;（2）热流校核试验测量数据位于一体化数值模拟的完全催化热流和非催化热流之间,分布合理,验证了计算方法和程序的正确性;（3）试验模型安放位置对模型表面压力和热流存在影响,模型与喷管出口的距离越大,模型表面压力和热流越低;（4）当驻室总压较低时,通过双尺度模拟准则（模拟飞行条件总焓和双尺度参数ρ_∞L）外推热流失效,使用部分模拟准则（模拟飞行条件总焓和驻点压力）外推热流也会出现较大差异,在非催化条件下这一现象更加明显;（5）当驻室总压较高时,使用双尺度模拟准则或部分模拟准则外推飞行条件,产生的热流差异明显减小。     

基于原子发射光谱的中低焓电弧加热器 漏水故障诊断

电弧加热器试验中存在电极局部烧穿漏水导致电弧加热器严重烧损的风险,对漏水故障的快速诊断可大大提升电弧加热器的运行安全性。由于电弧加热器内高温气流的恶劣环境,漏水故障诊断技术匮乏。针对总焓范围2~12 MJ/kg的中低焓电弧加热器,提出一种基于原子发射光谱的漏水故障诊断技术。通过分析中低焓电弧加热器漏水故障条件和正常运行下高温流场的发射光谱特性,选择氧原子777.19 nm发射谱线为目标谱线,采用相对强度的处理方法,实时监测该中低焓电弧加热器是否发生漏水故障。试验获得了总焓H₀分别为11.6和9.8 MJ/kg共2组工况下氧原子相对辐射强度的变化规律,结合电极烧蚀图像分析,证明该技术应用于中低焓电弧加热器漏水故障诊断具有较强的发展潜力。最后,提出该技术在单轨道-多焓值状态气动热试验条件下,每个状态均保证较高灵敏度的解决方案。     

模型烧蚀对尾迹电子特性影响的计算和实验研究

 基于气动物理研究的需要,针对高焓风洞的来流特点,采用计算和实验相结合的方法研究聚丙烯烧蚀对尾迹电子密度的影响。结果表明：计算结果可以有效模拟实验状态,电子密度的模拟精度有很大提高,误差在一个量级内;聚丙烯烧蚀可以降低尾迹的电子密度,但幅度不大,在2倍左右,其与选择模型材料的催化特性降低幅度相当;对电弧风洞的成功改进和非稀薄流静电探针诊断技术的应用,是尾迹电子密度测试的前提保障。     

交流电弧等离子体炬及其应用的研究进展

电弧等离子体因其高温、高能量密度、高活性等特点广泛应用于冶金、化工、能源环保以及航空航天等领域。目前,产生电弧等离子体主要采用直流或交流电源等驱动方式。由于交流电弧等离子体技术与其他方式相比,具有较低的装备开发与运行成本、较长的电极使用寿命以及较高的热效率等优势,在工业应用领域具有广泛的应用前景。本文综述了国内外多家研究机构在交流电弧等离子体技术和装备开发以及工业应用方面的最新研究进展,详细阐述了不同类型交流电弧等离子体炬的结构特点、电弧特性及其影响因素以及不同电极材料的烧蚀特性,同时,对于交流电弧等离子体炬在碳纳米材料的制备以及固体废弃物的热处理等方面的应用情况进行了详细的阐述,获得了不同类型交流电弧等离子体炬的工作特性和应用效果。     

工艺参数对电弧增材制造2219铝合金微气孔缺陷的影响分析北大核心CSCD

微气孔是电弧增材制造2219铝合金面临的主要问题。采用Advanced CMT+P(变极性CMT+脉冲)熔滴过渡模式,研究了EP/EN(正负半周波数)、扫描速度、送丝速度等电弧增材工艺参数对成形2219铝合金微气孔缺陷的影响规律。结果表明:通过改变EP/EN、扫描速度、送丝速度等参数调控热输入可影响气孔率;在热输入较低时,气孔以形核和长大为主,随热输入增加微气孔数量增多、尺寸增大;在热输入较高时,气孔逸出开始占优,随热输入增加微气孔数量减少;在热输入低至230.5或高至439.5 J/mm时,平均气孔率均可降低至0.2%以下。     

高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置

笔者在已研制的壁稳电弧等离子体发生器基础上,改进了阳极结构、加置Laval喷管,建立了一套可长期连续运行的高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置,超声速电弧射流的不稳定度为1％(纯氩)和3％(氮氩),电弧射流具有很好的稳定性、再现性和对称性。测量表明：超声速电弧射流的电子温度沿流动方向呈现出波浪形周期升降的变化规律。     

微阴极电弧推力器羽流探针诊断研究

微阴极电弧推力器（micro-cathode arc thruster,μCAT）具备功率低和结构简单的特点,能够满足微纳卫星的任务需求,具有良好的发展前景。μCAT羽流的诊断可以揭示推力器的加速机理,对提高其性能具有重要意义。利用朗缪尔三探针对μCAT羽流进行诊断,得到了μCAT羽流不同位置的电子温度、电子密度和离子速度等羽流特性,研究了外加磁场、充电时间和阴极材料对羽流特性的影响。研究结果表明,μCAT放电初期产生的等离子体电子温度较高,密度较大;随着等离子体向下游运动,电子温度和电子密度降低,离子速度增大;外加磁场的磁感应强度越强,电子温度和离子速度越高,电子密度有所降低;磁场位置适当向推力器下游平移,能够有效提高推力器中轴线的电子密度;μCAT充电时间越长,电子温度、电子密度和离子速度越大;相比于CuW和AgW阴极,Ti阴极羽流的电子温度更高,电子密度更低。