国外等离子体流动控制风洞试验技术研究

等离子体是一种由大量电子、离子和中性粒子组成且总体上呈中性的物质聚集体,它不同于物质的气态、液态和固态,而被称为物质的第四态.等离子体在航空航天器隐身、降噪、推进及空气动力学等方面的应用一直是国外发达国家的重点研究领域之一.归纳总结了国外研究的主要等离子体风洞形式和等离子体发生器形式;探讨了低、跨、超声速风洞模型上等离子体的作用机理和产生的现象,介绍了在等离子体流动控制方面开展的风洞实验技术研究.     

纯Ti及Ti-6Al-4V双层辉光离子渗Mo

针对钛(T i)合金存在的耐磨性较差的问题,采用双层辉光离子渗金属技术,在工业纯T i和T i合金T i-6A l-4V合金表面渗钼(M o),制备出T i-M o合金层。渗层组织为-βT i(M o)固溶体,成分及硬度均呈梯度分布。利用划痕法研究了渗层与基体间的结合强度,结果表明:渗M o后,持续加载100 N未发生渗层剥落现象;球盘磨损实验表明,T i-6A l-4V渗M o后,比磨损率降低为基体材料的1/500。磨损性能的提高得益于表面合金层中M o元素固溶强化而产生的高硬度。     

TC21合金表面Al-Cr涂层的制备及其高温抗氧化性

利用双辉等离子渗金属技术和多弧离子镀技术在TC21钛合金表面制备了Al Cr复合涂层,并于750,850,950 ℃下进行了抗高温氧化性能研究。结果表明：Al-Cr涂层分为纯Al层、AlCr合金层、纯Cr层及扩散层,厚度约为48 μm,涂层连续致密、无贯穿性裂纹,并且与基体结合紧密。氧化过程中,Al Cr涂层表面能形成致密的Al2O3氧化层,阻止O元素向内扩散侵蚀基体,使涂层具有优异的抗高温氧化性能;Cr的存在既促进了Al的选择性氧化,同时又使得涂层的自修复能力得到增强。Al Cr复合涂层显著提高了TC21合金的高温抗氧化性。     

介质阻挡放电等离子体对翼型流动分离控制的实验研究

在低速开口风洞中进行了等离子体激励器对NACA0015翼型流动分离控制的实验研究.采用PIV技术,对翼型绕流流场进行了测量,显示了施加等离子体激励后流场的变化.通过五分量天平对升力和阻力的测量,研究了激励电压和激励频率对翼型流动分离控制的规律.研究表明,低风速下在翼型前缘施加等离子体激励,能够有效地控制翼型流动分离,在来流为20m/s时,最大升力系数增加11%,失速迎角增加6°;在给定的流动状态下,激励电压和激励频率存在一个阈值,不同迎角下该阈值不同,迎角越大,分离越严重,对激励强度的要求也越高.     

直流电弧喷射等离子体炬阳极喷嘴积碳现象的研究

采用高功率直流电弧等离子体喷射化学气相沉积工艺,制备了不同厚度的自支称金刚石厚膜.实验发现,等离子体炬阳极喷嘴积碳是沉积过程中最突出的问题之一.从理论和实验两个方面研究了阳极积碳产生的原因,并通过激光拉曼光谱分析了碳球的结构和成分.结果表明,碳球由金刚石层、混合层和最外面的石墨层构成.详细分析了甲烷浓度、冷却水温度、放电电弧的局部高温、阳极喷嘴的表面质量对积碳形成的影响,并提出了改进措施.     

镁合金AZ91表面弧辉等离子沉积TiN/CrN薄膜的摩擦行为研究

镁合金具有高的比强度、低的弹性模量、减震等优点,在航空航天领域具有很大的应用前景.但是低劣的耐磨性导致镁合金限制于制造静载零件.为改进其耐磨性,采用弧辉等离子沉积的新工艺在镁合金AZ91表面涂覆TiN/CrN多层薄膜.薄膜由12层TiN和CrN交替沉积而成,总厚度为2 μm.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和辉光放电光谱(GDS)分析涂层的成分和微观结构.采用球盘磨损试验测试摩擦系数,并计算出比磨损率.结果表明,与未处理试样相比摩擦系数增大,但磨损率急剧下降.薄膜的表面硬度超过HK0.011433.     

等离子体气动激励控制激波的实验研究

在机械式和气动式激波控制方法的基础上,提出了激波控制的等离子体气动激励方法。采用电弧放电等离子体气动激励方式,设计了电弧放电等离子体气动激励器,在小型暂冲式超声速风洞中开展了等离子体气动激励控制尖劈斜激波的实验研究。结果表明,等离子体气动激励能够有效控制激波。实验研究了磁场对激波控制效果的影响,结果表明施加磁场使得激波控制效果显著增强。从热效应机理角度出发,建立了等离子体气动激励控制激波的热阻塞模型,采用该理论模型预测的激波变化规律与实验结果一致,从而验证了热阻塞模型的合理性。由于等离子体气动激励方法具有响应迅速、控制灵活等优点,因此将成为激波控制领域一条新的有价值的技术途径。     

高超声速飞行器进气道等离子体虚拟前沿优化设计

为研究等离子体虚拟前沿在高超声速飞行器前体/发动机一体化设计中的应用,首先设计了二波系前体,然后分析了虚拟前沿对前体流场结构的影响,最后通过比较虚拟前沿结构参数及位置对总压恢复系数、流量系数等参数的改善效果,优化得出了最佳虚拟前沿。结果表明,有虚拟前沿控制前体激波时,总压恢复系数及流量系数都会增大,但压缩比不一定会增大;虚拟前沿的位置对各参数的影响很大,且存在一个最佳位置使得前体性能最好;随着虚拟前沿长度的增大,总压恢复系数和流量系数逐渐增大,压缩比逐渐减小。     

空间物理过程时空协同探测的覆盖分析方法研究

针对空间物理过程时空协同探测任务的定量化探测覆盖分析需求, 在采用时空相关函数方法描述和分析空间物理时空过程的基础上, 提出一种基于θ-t_R覆盖图的探测覆盖分析方法. 通过分析不同设计方案在一定累计时间周期内的θ-t_R覆盖图, 根据其覆盖范围的不同选择所需要的设计方案. 采用该方法对两条共轨道面椭圆轨道的时空协同探测过程进行了定量的覆盖分析, 验证了该方法的有效性.      

Generation mechanism of the whistler-mode waves in the plasma sheet prior to magnetic reconnection

The whistler-mode waves and electron temperature anisotropy play a key role prior to and during magnetic reconnection. On August 21, 2002, the Cluster spacecrafts encountered a quasi-collisionless magnetic reconnection event when they crossed the plasma sheet. Prior to the southward turning of magnetospheric magnetic field and high speed ion flow, the whistler-mode waves and positive electron temperature anisotropy are simultaneously observed. Theoretic analysis shows that the electrons with positive temperature anisotropy can excite the whistler-mode waves via cyclotron resonances. Using the data of particles and magnetic field, we estimated the whistler-mode wave growth rate and the ratio of whistler-mode growth rate to wave frequency. They are 0.0016f_ce (Electron cyclotron frequency) and 0.0086f_ce, respectively. Therefore the whistler-mode waves can grow quickly in the current sheet. The combined observations of energetic electron beams and waves show that after the southward turning of magnetic field, energetic electrons in the reconnection process are accelerated by the whistler-mode waves.