激光与金属材料相互作用的热效应分析

激光与金属材料相互作用的热效应是激光束辐照材料后发生的主要物理现象之一.激光加热使材料温度急剧上升,很快达到材料的熔点.通过使用商业CFD软件FLUENT数值模拟激光辐照金属材料的相互作用,并在一定的假设和边界条件下得到金属材料未熔化之前温度场沿径向和轴向分布情况、气流最高温度的变化和位置的转移、氧化反应和对流换热对热效应的影响.     

飞秒激光器脉冲重复频率的锁定技术研究

介绍了光纤飞秒激光器脉冲重复频率锁定技术的应用背景及其原理,并设计了一套可快速实现重频锁定的实验装置,最终将激光器的脉冲重复频率锁定到铷原子钟上,使飞秒激光器的脉冲重复频率获得和原子钟同样的稳定度;通过计数器采集锁定后激光器的脉冲重复频率数据,使用Allan方差给出了稳定度评价,对激光器脉冲重复频率锁定前后的稳定度进行了对比。实验证明,自主设计的实验装置可以实现锁定功能,具有很好的实用价值。     

事件时间测量系统及其在绝对重力仪中的应用

绝对重力仪通常采用真空腔中自由落体的方法,通过测量激光干涉条纹信号的过零时间来计算绝对重力加速度(g)。针对绝对重力仪的使用,依托电子计数法的基本原理,基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)设计实现了事件时间测量系统,精确测量干涉条纹过零时间。首先介绍了事件时间测量的基本原理,然后具体介绍在以DSP为核心的硬件上的实现方法。根据理论计算和MATLAB~?数值仿真实验,评价系统测时误差以及对重力加速度测值的影响。最后分别通过硬件模拟实验和FG5X型高精度绝对重力仪上的对比实验进行验证。实验证明,该系统对重力加速度测量真值影响小于1μGal(1μGal=1×10~(-8) m/s~2),标准差影响小于5μGal。该系统体积小、成本低,尤其对于小型化、野外使用的绝对重力仪,完全符合其使用需求。     

致密发散孔冷却环形折流甩油盘燃烧室设计研究

为了研究致密发散小孔冷却环形折流燃烧室的设计方法,根据火焰筒头部无冷却时的流场形态及期望引导的流场形态,对头部壁面发散小孔进行了两种对比性设计。为对比两种方案的优劣,对设计后的燃烧室进行了数值模拟。结果表明通过增加发散小孔,调节内外环射流孔的气量分配,可成功诱导出期望的多涡流场,且方案2的发散小孔冷却效果更佳。证明通过调整内外环发散小孔开孔数量来调节射流孔的射流穿透深度,并结合甩油盘油雾诱导理想的主燃区流场形成是可行的;采用孔倾角为钝角的发散小孔可更好地保护热负荷压力大的前几排火焰筒壁面;通过在高温区增大孔阵疏密度,把高温区处的发散小孔孔径由原先的0.68mm减小至0.3~0.55mm,可实现在不改变冷气流量的前提下,增强换热,降低壁面温度。     

方形通道内超临界碳氢燃料传热恶化数值研究

为了深入理解火箭发动机再生冷却过程中碳氢燃料的流动传热规律,采用RNG k-ε湍流模型结合增强壁面处理方法对非对称受热(上壁面外侧加热)方形冷却通道内超临界压力甲烷的对流换热进行了数值研究。重点考察了加热壁面内侧的传热恶化以及由传热恶化和固壁热传导共同作用引起的热流异常传递现象,拟合得到了传热恶化的临界热流密度和起始内壁温关系式、加热侧内壁面和侧壁面内侧平均热流密度的预测关系式。结果表明:当外壁热流密度和质量流速比值高于0.288 k J/kg时,近壁流体流动加速诱发了加热侧内壁面的传热恶化;同时,固体区域温度畸变导致加热侧内壁面热流密度减小,热流更多地向侧壁面内侧传导。运行压力越低,该现象越显著。     

带肋横流进气方式下气膜孔的流阻特性与机理研究

为了更好地研究内冷结构对外部气膜孔流阻特性的影响,在带肋横流进气方式下,实验测得不同横流雷诺数(Rec=1×10~5,5×10~4)和吹风比(M=0.5,1,2)下的圆柱型气膜孔流量系数,并结合数值模拟分析了横流雷诺数、45°肋结构和吹风比对气膜孔流阻特性的影响机理。结果表明:带肋横流进气方式下,横流引起的孔内旋流是流量系数减小的主要因素,肋引起的进口堵塞使得流量系数进一步减小;横流雷诺数相同时,流量系数随吹风比的增大而增大,当吹风比增大至M=2时,流量系数趋于一定值;小吹风比(M=0.5~1)时,横流雷诺数越大流量系数越小,随吹风比的增大(M=1~2),横流雷诺数对流量系数的影响逐渐减小。     

气氢气氧同轴剪切喷注器燃烧流场的PLIF测量及仿真研究

为探究同轴剪切气气喷注燃烧火焰结构及验证仿真方法的可行性,利用RANS方法对实验工况进行了计算,得到了燃烧室温度和OH分布,以及流场结构。并通过实验,利用平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量了透明燃烧室内气氢气氧同轴剪切喷注燃烧火焰的激光诱导OH荧光,得到了火焰结构图像。实验结果表明,在燃烧室前端形成了回流区和结构稳定的剪切燃烧层,在剪切和回流的共同作用下形成了OH尖峰。随OH尖峰下游湍流涡的发展,火焰结构产生褶皱,使燃烧得到了加强。将仿真和实验结果进行对比发现,两者剪切燃烧层位置最大相差0.6mm,OH尖峰轴向位置相差2mm,径向尺寸均为7mm。仿真和实验结果吻合较好,利用该仿真模型对实际情况进行预测是可行的。     

一种基于激光跟踪仪的大飞机外形测绘建模方法

为满足现役飞机进行数字化建模的需求,随着数字化测量技术的发展,使用激光跟踪仪及激光扫描仪进行大尺寸飞机停机状态全机外形测绘建模的工程技术方法已经成为现实.通过对某型飞机进行全机测绘建模的工程实例分析,归纳出大飞机测绘建模主要包括:测绘建模平台的搭建、整机逆向数据采集、点云数据处理、曲面模型重建、重建模型质量分析5个关键环节.该测绘建模方法既能大幅度提升飞机模型重建的精度和测绘建模效率,又能满足顶层的现代飞机研制及改装过程中数字化设计需求,还可以在飞机设计、制造、改型、改装中发挥重要作用.     

碳纤热塑复合材料激光连接技术研究进展

碳纤热塑复合材料在航空航天、无人机制造、新能源汽车等领域应用前景广阔,高质量的连接是其产业化应用的关键技术之一.介绍了几种碳纤热塑复合材料激光焊接/连接方法的研究现状,分析了当前研究存在的问题,以及未来研究的发展趋势.     

激光熔覆纳米TiN-Ni45A复合涂层组织与性能

在38CrMoAl表面激光熔覆了纳米TiN-Ni45A复合涂层.利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、显微硬度计和摩擦磨损试验机,系统分析了纳米TiN含量对复合涂层的相组成、微观组织、硬度和摩擦磨损性能的影响.研究表明,不同纳米TiN含量的镍基复合涂层主要是由γ-Ni树枝晶、(γ-Ni+Ni3B)共晶,以及分布于γ-Ni晶粒内的M23C6和TiN硬质相所组成.当纳米TiN的添加量为5.0％(质量分数)时,复合涂层中γ-Ni树枝晶发生了明显粗化,且其数量有所增加.而当纳米TiN的添加量超过5.0％时,γ-Ni树枝晶则开始逐渐细化,其数量逐渐减少,且树枝晶的生长形态逐渐由等轴树枝晶转变为柱状树枝晶.与此同时,通过团聚长大的微米TiN颗粒数量逐渐增多,分布也越趋均匀.随着纳米TiN添加量的增加,复合涂层的平均硬度在整体上呈逐渐增加的变化趋势,减摩性和耐磨性在纳米TiN的添加量为15.0％时达到最优,其摩擦系数和磨损体积较未添加纳米TiN的镍基合金涂层分别降低了8.7％和32.3％,而平均硬度值则提高了7.0％.