低温跨声速风洞设计中的真实气体效应研究

风洞以低温气体为介质运行时,气体会表现出热力和热值的不完全,风洞回路气体流动参数计算需要考虑低温真实气体效应。计算给出了氮气介质在温度100～323 K、压力100～450 kPa范围压缩性因子和比热比的变化规律,并通过将等熵膨胀系数引入一维完全气体流动方程,发展了低温跨声速风洞气流流动参数计算分析模型,获得了跨声速风洞高速运行时气流液化温度和压力的组合边界包络线。对比分析结果表明：在低温跨声速风洞的运行压力(115～450 kPa)和温度(110～323 K)范围内,基于等熵膨胀系数计算得到的气体流动状态参数的理论计算值与气体真实物理解的偏差小于1%,完全可满足低温跨声速风洞工程设计需求。     

多孔材料药型罩聚能射流的形成条件

依据Herrmann状态方程和斜冲击波关系估算了多孔材料药型罩压垮之前的冲击温升,求解了经过冲击压缩卸载后材料的声速。给出了多孔材料药型罩聚能射流的形成条件。初始冲击温升会使材料的声速和强度降低,从而使多孔材料聚能射流形成射流的高速和低速条件降低。     

变壁厚金属管在发射筒缓冲装置中的应用研究

利用MSC.Patran和MSC.Dytran有限元分析软件对某缓冲装置中所应用的受轴向冲击的变壁厚金属吸能圆管进行了仿真计算,得到了压缩过程中的冲击力与吸能量.并通过落锤冲击实验得到实际中吸能圆管在压缩过程中的冲击力与吸能量.结果表明,仿真与实验结果吻合较好,吸能圆管在压缩过程中的冲击力与吸能量符合预期.     

燃烧室-喷管流场数值解

本文用时间相关法计算了固体火箭发动机燃烧室─喷管亚跨声速流场数值解,控制方程用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ二步显格式：边界点参数用物理边界条件和参考平面上的特征方程计算。计算表明,达到收敛的数值积分步数比纯喷管的跨声速计算要多得多。虽然喷管壁上和轴线上的马赫数分布与纯喷管计算类似,但喷管中的等马赫线分布与纯喷管计算的结果［３］相差较远。     

高超声速过渡区气动热的DSMC数值模拟研究

气动热是制约高超声速飞行器设计的主要因素之一,当飞行高度大于40 km时流场中存在局部过渡区流动特性,基于分子动力学的DSMC方法是解决高超声速过渡区气动热计算的有效途径之一。针对高超声速飞行器的典型球锥外形,采用DSMC方法开展了过渡区流动气动热特性研究,分析了当流场具有过渡区流动特性时,飞行马赫数和飞行高度对气动热的影响规律,并与Fay-Riddell驻点热流的工程算法作了对比分析。计算结果表明,DSMC方法在高超声速过渡区流动气动热计算中可以得到较好的结果,适用于高超声速过渡区流场气动热的计算与分析。     

高能质子-质子碰撞中的熵密度

考虑到质子内部分子横向空间分布,在色玻璃凝聚理论框架下分别利用KLN(Kharzeev Levin Nardi)模型和AdS/CFT(Anti-de Sitter space/Conformal Field Theory)模型,计算了欧洲大型强子对撞机当碰撞质心能量√s=7 TeV时质子-质子碰撞中的熵密度.计算发现:AdS/CFT模型理论结果沿x和y方向变化趋势比KLN模型结果要缓慢得多,而且当碰撞参数较大时,等熵密度线椭圆效果较为明显.     

高超声速飞行器边界层外缘参数仿真分析

以高超声速飞行器为研究对象,构建快速准确计算高超声速飞行器无黏边界层外缘参数的计算方法。拟合空气比热、比热比随温度变化曲线,建立空气属性温度划分准则。基于不同空气属性建立高超声速飞行器边界层外缘参数工程与数值计算模型,采用钝双锥模型,对比分析工程估算、无黏数值及有黏数值计算方法的计算结果。结果表明,0°攻角状态下,基于无黏流场的数值计算与工程估算和有黏数值计算的压强最大差值分别为1.19%和2.39%;10°攻角状态下,最大差值分别为5%和50%;从而证明所提出的无黏数值计算方法明显优于工程计算方法,为进一步快速准确计算高超声速飞行器气动热环境奠定了重要基础。     

基于区间灰色熵的HCM目标威胁评估研究

随着高超声速巡航导弹(HCM)的成功试验,其优越的全球快打性能给空防体系提出了严峻考验,进行高超声速巡航导弹目标的有效拦截,目标威胁评估是前提。提出了区间灰色熵的目标威胁评估方法,构建了目标威胁评估指标体系,建立了目标威胁评估模型,对不同高超声速巡航导弹的威胁排序进行了评估,对高超声速巡航导弹的拦截研究具有一定得借鉴与参考价值。     

垂向冲击作用下金字塔点阵夹芯单元结构失效分析

为研究金字塔点阵夹芯结构在垂向冲击载荷作用下的动态力学性能,通过对其中一个单元结构在垂向压力作用下的受力和失效模式分析,同时考虑应变强化和应变率影响,建立了结构失效应力计算方法。为验证该计算方法,开展了落锤冲击试验,同时利用高速摄影机记录模型的响应过程,测量了模型垂向压缩的等效应力-应变关系。试验结果表明:结构失效模式与理论分析吻合,结构失效应力与理论计算相差不大。该研究结果可为金字塔点阵夹芯结构冲击吸能理论研究和数值仿真研究提供参考。     

再入体表面脉动压力环境的预测

在较宽的攻角范围内 ,考察了超声速和高超声速流场中一类球头双锥再入体表面脉动压力的分布特性 ,并基于超声速和高超声速流动情况下再入体表面的压力分布给出一套预测表面脉动压力分布的工程方法。利用该方法研究了马赫数、攻角、壁面温度等因素对再入体表面脉动压力环境的影响。计算结果表明 ,在本文的计算条件范围内 ,预测的均方根脉动压力系数分布与实验结果基本一致。     

Shock initiation performance of NTO-based polymer bonded explosive

3-nitro-1,2,4-tri-azol-5-one (NTO) is a high energy insensitive explosive. To study the shock initiation process of NTO-based polymer bonded explosive JEOL-1 (32%octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine (HMX), 32% NTO, 28% Al and 8% binder system), the cylinder test, the gap experiments and numerical simulation were carried out. Firstly, we got the detonation velocity (7746 m/s) and the parameters of Jones-Wilkins-Lee (JWL) equation of state (EOS) for detonation product by cylinder test and numerical simulation. Secondly, the Hugoniot curve of unreacted explosive for JEOL-1 was obtained calculating the data of pressure and time at different Lagrangian positions. Then the JWL EOS of unreacted explosive was obtained by utilizing the Hugoniot curve as the reference curve. Finally, we got the pressure growth history of JEOL-1 under shock wave stimulation and the parameters of the ignition and growth reaction rate equation were obtained by the pressure-time curves measured by the shock-initiation gap experiment and numerical simulation. The determined trinomial ignition and growth model (IG model) parameters can be applied to subsequently simulation analysis and design of insensitive ammunition with NTO-based polymer bonded explosive.     

Investigation of the shock compression behaviors of Al/PTFE composites with experimental and a 3D mesoscale-model

The responses of AI/PTFE reactive materials (RMs) under shock compression were investigated by a single-stage gas gun.A 3D mesoscale-model was established based on micro-computed tomography(micro-CT) slice images and confirmed with experimental results.In the high-pressure stage,the com-posites reacted partially,whereas there were no deviations between the partially reacted Hugoniot and the inert simulation results.The simulation reveals that the Teflon matrix melting on the high shock pressure.Melts and decomposition of the PTFE accelerated the diffusion of the atoms.Thus,the reactions of the Al/PrFE composites are more like a combustion rather than a detonation.     

敷设气囊的充水圆柱壳的声辐射

为降低充水圆柱壳受内部点声源激励时的水下辐射噪声，在其外壳上敷设气囊，形成气囊圆柱壳。为指导气囊圆柱壳的设计，将充水裸圆柱壳和充水气囊圆柱壳分别简化为单、双层无限长隔板。比较隔板、气体与水的波阻抗，分析了气体声速与层厚对双层无限长隔板在平面声波入射时低频声辐射的影响机理。分析表明，声速小的气体和适当的气层厚度可以降低双层障板的辐射噪声。采用声无限元法计算了气囊圆柱壳的水下声辐射，结论与对隔板的机理分析吻合。优化设计出的充水CO2气囊圆柱壳的水下辐射声功率与远场辐射声压明显低于充水裸圆柱壳。     

一种海底应答器绝对位置的精确校准方法

应答器越来越多地应用于各种水下作业,而其绝对位置的校准是工作的前提。在深海下由于声速的不均匀性,声线会发生弯曲。海底应答器绝对位置的校准需要进行声线弯曲修正。给出了一种深海条件下含声线弯曲修正的海底应答器绝对位置精确校准的方法。深海试验结果验证了该算法的有效性以及进行声线修正的必要性。     

高压下激波波阵面温升的计算

针对高压气体管路中的激波现象,建立了激波波阵面温升的计算模型,模型中考虑了高压气体中声速的变化对激波波阵面温升的影响．     

应用压力间断解析解修正AUSM+-up格式

AUSM+-up格式是近年来发展的AUSM类格式,通过在对流通量中引入压力耗散,同时在压力通量中引入速度耗散,使之在各种马赫数下均有良好的收敛性和稳定性。然而,通过对格式的分析,我们发现当马赫数为零时,在压力间断位置会出现质量通量无穷大的非物理现象。为了克服这一缺陷,采用特征线法获得了压力间断问题的解析解;以此为基础,对对流通量中的压力耗散项进行修正,发展出新的AUSM+-up格式。以新的格式对不同速度驱动下的冲击波发展、不同强度压力间断问题和激波衍射问题进行了仿真,计算结果与理论解吻合得较好。     

基于压力间断解析解对AUSM -up格式的修正*

AUSM -up格式是AUSM类系列格式中最完善的,通过在对流通量中引入压力耗散,同时在压力通量中引入速度耗散,使之在各种马赫数下均有良好的收敛性和稳定性。然而,通过对格式的分析,我们发现当马赫数为零时,在压力间断位置会出现质量通量无穷大的非物理现象。为了克服这一缺陷,采用特征线法获得了压力间断问题的解析解;以此为基础,对对流通量中的压力耗散项进行修正,发展出新的AUSM -up格式。以新的格式对不同速度驱动下的冲击波发展、不同强度压力间断问题和激波衍射问题进行了仿真,计算结果与理论解吻合得较好。     

平面动载实验中碰撞速度和倾斜度测试的一个方法

平面动载实验中 ,飞片碰撞速度和碰撞状态是加载条件的一个基本描述。本文采用电探针技术 ,给出了一个同时测得真实飞片速度和碰撞倾斜状态的探针排布设计。此设计用于化爆产生平面动载的氮化硅粉体冲击波活化研究 ,取得了较为理想的测试结果。     

Analysis of the stress wave and rarefaction wave produced by hypervelocity impact of sphere onto thin plate

Shock wave is emitted into the plate and sphere when a sphere hypervelocity impacts onto a thin plate. The fragmentation and phase change of the material caused by the propagation and unloading of shock wave could result in the formation of debris cloud eventually. Propagation models are deduced based on one-dimensional shock wave theory and the geometry of sphere, which uses elliptic equations (corresponding to ellipsoid equations in physical space) to describe the propagation of shock wave and the rarefaction wave. The “Effective thickness” is defined as the critical plate thickness that ensures the rarefaction wave overtake the shock wave at the back of the sphere. The “Effective thickness” is directly related to the form of the debris cloud. The relation of the “Effective thickness” and the “Optimum thickness” is also discussed. The impacts of Al spheres onto Al plates are simulated within SPH to verify the propagation models and associated theories. The results show that the wave fronts predicted by the propagation models are closer to the simulation result at higher impact velocity. The curvatures of the wave fronts decrease with the increase of impact velocities. The predicted “Effective thickness” is consistent with the simulation results. The analysis about the shock wave propagation and unloading in this paper can provide a new sight and inspiration for the quantitative study of hypervelocity impact and space debris protection.