来流速度突变对斜爆轰反射波系驻定特性影响的数值研究

斜爆轰推进可望用于未来高超声速动力系统,通过燃烧模式的改变给发动机带来诸多技术优势.然而,目前对于斜爆轰在受限空间中的波系结构研究较少,特别是对发动机复杂来流条件下的反射波系稳定性缺乏研究.本文基于简化的斜爆轰发动机-燃烧室模型,研究了来流速度突变对斜爆轰反射波系稳定性的影响.数值结果表明反射波系的失稳演化是个长期累积、突然加速的过程,不利于应用,可以通过增加来流马赫数来抑制其发展.当来流马赫数增大时,来流扰动可能使原不稳定反射波系重新稳定.扰动效果取决于来流马赫数增加的时间和幅度,扰动越早、马赫数增加幅度越大,越容易形成稳定的反射波系.通过分析来流扰动作用于斜爆轰波的流场特征,揭示了反射波系的重新稳定的机理,即通过来流扰动抑制了波后亚声速区诱导的流动壅塞.     

爆轰波在金属板面斜反射现象的实验观测与分析

采用脉冲X射线照相、高速扫描照相、压阻测压及电探针测时等技术对B炸药-铜板系统中爆轰波斜反射现象进行了系统观测.确认在入射角φ_0=65°时的确发生了非正规斜反射(马赫反射)现象.但压阻测压表明,此时的压力却比理想爆轰理论的预告值低约30％.这与Los Alamos实验室学者们获得的结果极为相似.结合二维数值计算结果,对这一现象进行了分析,并提出了见解。     

边界层对驻定斜爆轰结构和稳定性的影响

针对边界层对斜爆轰结构和稳定性的影响可能会引起驻定斜爆轰发动机性能下降的问题,通过求解包含氢气/空气基元反应模型的二维NS(navier-stocks)方程研究了黏性条件下的驻定斜爆轰的流场结构和数值扰动状态下驻定斜爆轰波的稳定性。研究发现,可燃的高超声速气流通过楔面后,形成斜激波(oblique shock wave,OSW)和薄的边界层,在斜激波后,出现主要流体参数保持不变的诱导区;在边界层内,发生等压燃烧,气体温度和水的质量分数较高;诱导区后,由于能量释放产生的爆燃波向上游传播,并发生汇聚,最终与斜激波波阵面相互作用,逐渐形成驻定的斜爆轰(oblique detonation wave,ODW)。边界层的存在缩短了诱导反应的时间,使得斜爆轰提前发生,斜爆轰角变小,三波点位置上移;但对驻定斜爆轰的主流区的影响有限。通过在斜爆轰波流场中添加数值扰动,证实了边界层存在条件下驻定斜爆轰结构是稳定的。     

气相爆轰波贯穿胞格变化研究

根据气相爆轰波胞格结构的规则特则特性建立一种以子单元分解胞格结构的新方法,根据该子单元的性质和斜冲击波关系,求解胞格结构中的三波点对撞问题,并推导贯穿胞格时,爆轰速度的相对波动幅度仅依赖于胞格几何形状的关系,然后,采用爆炸波衰减模型,计算气相爆轰波贯穿胞格时的衰减过程,计算结果与实验符合得较好。     

近临界马赫数条件下楔形诱导斜爆轰数值模拟

在爆轰推进技术的有关研究中,形成稳定的爆轰波对于爆轰发动机产生稳定推力至关重要.通过理论推导确定了斜爆轰角与来流马赫数间的曲线关系,并给出临界马赫数.进一步采用一步总包反应模型,开展近临界马赫数条件下有、无黏性扩散的斜爆轰大尺度数值模拟.针对临界马赫数近CJ特征的斜爆轰,有、无黏性两种情况下的模拟结果表明,近临界马赫数条件下斜爆轰存在CJ爆轰上行现象,爆轰驻定后,具有全局波动特征.      

分裂算法对准爆轰波数值模拟的影响

本文分析了数值模拟中的分裂算法的特性及其对燃烧模拟结果的影响.跟理论结果相比,分裂算法会造成系统动量的不守恒.提出了对数值结果进行修正的模型,利用该模型,模拟得到了准爆轰波.分析了准爆轰波的热力学特性,表明准爆轰波是热壅塞的,是声速附近的加热流动.模拟得到的准爆轰波特性跟实验结果吻合得很好,表明本文所讨论的物理问题及所提出的模型是准确的.     

初始压力对爆轰波在管道内传播的影响

建立爆轰管道研究不同初始压力下爆轰波在管道内传播规律.选用CH4+2O2气体,采用光纤探针测量爆轰波在管道内的传播速度,采用烟迹法记录爆轰波胞格结构.结果表明:爆轰波在管道内传播时出现5种不同传播模式,分别为稳态式、快速波动式、结巴式、驰振式与失效模式.在稳态传播模式下,爆轰波局部速度波动很小且平均速度接近理论爆轰CJ速度,并呈现多头胞格结构.随着初始压力的降低,爆轰波局部速度波动增加且其平均速度产生衰减.在驰振式爆轰解耦处,爆轰波胞格结构消失,过载爆轰时,重新形成胞格结构.进一步降低初始压力至爆轰失效时,则无胞格结构.     

光纤中扰动对单孤波传输的影响

本文采用基于非线性Schr(?)dinger方程的守恒量方法,研究了单模光纤中扰动对单孤波传输的影响,得到了单孤波参数演化的一般方程,并在此基础上讨论了几种具体的扰动效应,解释了孤波的自波峰漂移现象和自频率漂移现象.     

激光支持等离子体爆轰波流场研究

采用高速纹影摄影法记录激光支持等离子体爆轰波流场的演化,得到流场冲击波阵面形状和尺寸随时间变化规律。建立激光支持等离子体爆轰波流场演化的物理模型,采用计算流体力学方法模拟计算激光击穿空气后,激光作用时间内及激光作用结束后等离子体流场演化过程。结果表明,纹影摄影法能有效观测到激光支持等离子体爆轰波的传播情况。等离子体爆轰波在激光作用初期为椭球形,随着时间的增加逐渐转变为球形。计算的等离子体爆轰波流场密度分布图与实验结果基本吻合。     

障碍物对火焰加速及爆燃转爆轰过程影响研究

为研究设障管内火焰传播特性以及爆轰转捩机理,比较固体障碍物和流体障碍物对火焰加速以及爆燃转爆轰（DDT）过程影响的区别,采用CFD软件对丙烷、氧气和氮气在爆轰管内爆燃转爆轰过程开展了模拟研究。研究结果表明：火焰前锋在固体障碍物的作用下,呈现先加速后减速的趋势;而火焰前锋在流体障碍物的作用下,加速趋势更为稳定。将首个固体障碍物改为流体障碍物能够缩短爆燃转爆轰的时间与距离,爆燃转爆轰距离与时间随着流体障碍物个数的增加呈现先减小后增加的趋势。     

曲率对旋转爆轰传播特性的影响

通过数值模拟研究了爆轰波在环形管道内传播时的胞格结构.数值模拟基于带化学反应的二维Euler方程,采用五阶精度的WENO格式捕捉激波,采用具有TVD性质的三阶Runge-Kutta法处理时间项,并结合并行技术,对旋转爆轰的传播进行了数值研究.结果表明,环形管道外壁为收敛壁面,由于其对流场的压缩效应,外壁面及附近的胞格较小,且较均匀.而内壁为发散壁面,其对流场起稀疏效应,内壁面及附近的胞格较大.随着内外径曲率的变化,环形管道中的胞格结构发生相应的变化,且呈周期性的消失和再生.     

岩质边坡楔形体最优锚固角的计算方法研究

以岩质边坡楔形体为研究对象,研究其最优锚固角的计算方法。将楔形体边坡的安全系数作为目标函数,将锚固力的方向角度作为优化变量;并结合楔形体的平衡方程、结构面的屈服条件、边界条件等约束条件,提出一套使安全系数最大化的楔形体最优锚固角的计算方法。这种计算方法可以准确、简便的计算得到楔形体的最优锚固角,具有概念明确、计算精度高等特点,方便工程技术人员对楔形体的加固进行优化设计,以达到安全、经济之目的。     

用螺旋角法快速确定斜齿轮变位性质

通过分析斜齿轮主要参数，提出了变位性质与螺旋角的关系，总结出螺旋角法快速确定斜齿轮变位性质的对照表，并结合实例说明具体应用。     

用剪切干涉条纹测双棱镜的折射棱角

用激光楔形板剪切干涉,测量干涉条纹的间距,得出了双棱镜的折射棱角。对测量结果进行了讨论,并与劈尖法结果进行比较。     

双刃斜角切削中流屑角的变化规律

流屑角是金属切削过程中的重要特征参数.目前,人们对于前角和刃倾角均不为0°的双刃斜角切削的流屑角尚没有形成统一的认识.文中研究了前角和刃倾角均不为零的双刃斜角切削的流屑角.通过建立切削模型,并根据切削深度和进给量的不同,导出两种不同的模型,系统地研究了前角、安装倾角、刀尖角、进给量和切削深度变化时流屑角的变化规律,并通过实验进行验证.理论预测与实验结果吻合得较好,说明所提出的模型可以用来预测双刃斜角切削的流屑角.     

双基推进剂结构对爆炸性能的影响

为研究不同装药结构的爆速及其对钢板的破坏影响,以外径为45.5 mm、内径为8.2 mm、密度为1.61 g/cm3的双基推进剂单孔药柱为研究对象,在推进剂结构中设置不同单元药柱长度、不同单元药柱间隙长度,在间隙中有无填充氧化剂弹性体。通过爆速测试和见证板方法得到:在充填间隙后,装药结构完全爆轰,爆速范围为6.7~7.25 km/s;在间隙无充填时,随着间隙长度的增加,爆炸性能下降,在单元药柱长度低于50 mm且间隙长度大于3 mm后不能爆轰。测试得到了单元药柱长80 mm,间隙为5 mm装药结构的爆速为1.9 km/s,并用见证板和高速摄影手段进行了验证。     

颈椎斜位拍摄的一种理想方法

介绍了一种斜位拍摄颈椎的理想技术方法。     

任意倾角斜旋转准光腔中的场分布

本文引入欧勒角表示从简单F－P消振腔到任意倾角斜旋转准光腔的坐标变换,用对旋转角的积分替代矢量代数的办法得到场分布,所得场分布仍是高斯分布,但是场强峰值可调节至腔口附近,这种分布增加了电子与场相互作用区的可调自由度,本文得到的场表示更加简洁,可更有利于这种类型回旋管的线性和非线性分析。