不同射流状态下射流气体与高超声速主流相互作用影响

为研究不同射流状态对高超声速飞行器气动加热的影响,对高超声速来流条件下方孔和圆孔横向射流模型进行数值模拟,讨论射流压强、射流速度及射流方向对主流流场的影响,得到了不同射流状态下流场结构、壁面温度热流分布及壁面中心线温度热流变化。结果表明:射流在一定程度上能缓解壁面气动加热情况,壁面引射效果更好,壁面引射速度1 m·s~(-1)时壁面热流降低接近三分之二。在高速(Ma1)射流情况下,适当增大压强和速度,均会使得射流下游的冷却效果加强;在中低速(Ma0.6)射流情况下,射流基本上不改变主流流场而在边界层内流动,流速越大,冷却范围越大,冷却效果也相对较好。射流方向与主流方向夹角为锐角时,利于射流孔下游降温;夹角为钝角时,利于射流孔上游降温。     

冷喷涂粒子速度影响因素的数值模拟与分析

冷喷涂过程中,粒子速度直接影响冷喷涂材料改性效果.由于射流流场为超音速气固两相冲击射流,用实验方法研究粒子速度的影响因素很困难,为此通过数值模拟方法再现流场中粒子速度的变化情况.用Fluent软件以冷喷涂技术中超音速气固两相射流流场为研究对象,对于气固两相流的模拟,则采用颗粒轨道模型(欧拉-拉格朗日模型)获得粒子在射流流场的速度变化情况;分析粒径、材料、喷涂距离以及载气等因素对粒子速度的影响.进一步优化冷喷涂工艺方案,得到了粒子特性与粒子到达基板前最大速度之间的优化关系.     

带横向射流的绕后台阶超音速外流场的数值模拟

将一股射流喷入超音速外流是飞行器飞行控制的常用方法。本文通过应用MacCormack 显格式和Ba(?)dwin-Lomax 代数湍流模型求解二维可压缩的RANS 方程,对带横向射流的绕后台阶的超音速外流场进行了数值模拟,并给出了流场的速度向量图、等压线图和等马赫线图。与无喷射的情形相比,台阶底部压力增加了一倍左右。     

固体火箭发动机二次喷射控制矢量喷管流场仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机二次喷射推力矢量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟。空间上采用三阶精度差分格式进行求解,时间上采用隐式Jacobi点迭代方法进行迭代推进,直至流场收敛。数值模拟得到矢量喷管二次射流的激波系结构,以及复杂的主/次流干扰流动图像。二次喷射流场包含复杂的涡系结构和波系结构,还存在着边界层与激波的相互干扰、自由剪切层、激波、膨胀波和大尺寸分离。数值模拟还表明,高温燃气射流导致喷射孔附近喷管壁面处的温度相当高,需采取相应的热防护措施。     

用高阶高精度 WENO 格式求解二维激波附面层干扰流场

采用时间相关法求解二维 Navier-Stokes方程 ,数值模拟二维平板层流附面层与激波干扰流场 ,给出了物面压力分布和应力分布。计算中 ,对流项空间导数的差分离散采用高阶高精度 WENO格式 ,时间方向采用具有 TVD性质的 Runge-Kutta方法 ,粘性项采用二阶中心差分。所得压力分布和应力分布与国外实验结果吻合较好 ,计算实践表明高阶 WENO格式具有优异的性能 ,应用前景广阔     

水面舰船流噪声基本声场的数值研究

流诱发的噪声主要由流场中的非定常性引起,这种非定常性包括各种尺度的旋涡及湍流引发的脉动.由于流致发声的复杂性,经典声学中一些较为成熟的数值分析方法在解决一个具体的实际工程问题时常常显得不够,CFD技术的发展使得用数值方法处理流致发声问题成为可能.VOF方法和SSTk-ω两方程湍流模型被用于求解水面舰船三维非定常粘性流场,基于Lighthill声类比理论,对船体绕流场的噪声进行了数值计算,并对流噪声的近、远场特性进行了数值分析.研究表明:对近、远场而言,船艉的声辐射要大于船艏,而船舯即横向的声辐射又显著大于船艏艉即纵向的声辐射.     

超声速气流中液体横向射流一次破碎过程

发展显微成像方法获得空间分辨率为1.57 μm/pixel的近场射流瞬态图像，分析超声速气流中液体横向射流表面波演化规律。采用流体体积法获得射流的三维形态及近场流场特征，研究近场流场结构及气液作用。射流的一次破碎过程主要有表面破碎和液柱破碎。其中表面破碎由气液剪切引起的K-H不稳定主导，液柱破碎由气液加速引起的R-T不稳定主导；射流柱表面局部压力的脉动是诱导产生射流迎风面表面波并促使其沿射流方向发展的主要原因；射流柱与超声速气流作用形成背风面回流，近壁面液雾主要由表面破碎及背风面回流输运的液滴组成。     

基于CFD的磁射流抛光去除机理分析

应用计算流体动力学(CFD)方法分析了一种新型精密抛光技术——磁射流抛光的材料去除机理。磁射流抛光中,含有磨料的磁流变液射流被喷嘴出口附近的局部外加纵向磁场磁化,产生准直的硬化射流束来进行相对远距离的精密抛光。介绍了磁射流抛光的原理和实验装置,分析了磁流变液聚束射流的形成,通过一系列定点抛光实验研究了磁射流抛光工艺的材料去除分布特征,利用计算流体动力学的方法分析了垂直冲击和倾斜冲击情况下,磁流变液射流与工件表面相互作用时径向流场功率密度的分布特征。实验结果和仿真计算结果表明:磁流变液射流在工件表面径向扩展流动产生的径向剪切作用导致了材料去除;CFD方法能模拟抛光区去除率的三维分布,因此可以准确地预测抛光区形状。     

合成双射流冲击平板流场结构与模态分解分析

为揭示合成双射流冲击平板流场结构特征,通过大涡模拟方法对合成双射流冲击平板流动进行了仿真,采用有限时间Lyapunov指数方法对流场的拉格朗日涡结构进行了识别,并与欧拉框架下的速度矢量和涡量结果进行了对比分析。结果表明,在合成双射流两股射流交替作用下,射流核心区涡系结构较为复杂且涡量丰富,远离核心区存在一对稳定的涡结构,且拉格朗日涡结构与涡量对应较好,为合成双射流冲击冷却的布局设计提供了指导。另外,流场本征正交分解表明,第一阶模态关于激励器出口中心轴线大致对称,其能量占总体能量的35%,前6阶模态的能量占80%;根据前6阶模态所反映的流场特性,合成双射流冲击平板流场具有高度的对称性。     

外界环境和二次燃烧对喷管射流影响研究

为了研究外界环境变化以及二次燃烧现象对固体火箭发动机喷管射流流场结构的影响,采用四阶Runge-Kutta时间推进法及三阶MUSCL空间离散格式,建立了二维轴对称固体火箭发动机喷管燃气射流数值模型。在与文献结果对比验证的基础上,分析了不同海拔高度与马赫数以及二次燃烧现象对固体火箭发动机喷管自由射流结构的影响,获得了燃气射流马赫数场、温度场、组分云图分布以及轴线温度变化曲线。数值结果表明:随着海拔高度的升高,射流对外界的扰动区域变大,最大马赫数升高;随着外界气流马赫数的增加,燃气射流波节数减少,对外界环境的作用范围减小;另外,二次燃烧的发生会使得射流核心区域温度显著增加,激波与喷管轴线的交点位置向后推移。     

舰载强激光武器系统精度指标分析

着重研究了舰载强激光武器的两个方面:一是在现代海战条件下的作战应用,以强激光武器的性能优势,拦截现有防空武器难以拦截的突防精确制导武器;二是研究了强激光武器光束控制系统的精度指标分析方法,并将该方法应用于舰载强激光武器光束控制系统的参数设计.     

自由电子激光的粒子模拟

文中简单介绍了自由电子激光粒子模拟方法,用■维完全相对论性电磁模程序模拟了相对论电子束通过回旋磁场产生电磁辐射的过程,并作了理论解释;研究了纵向引导磁场对能量转换效率的影响。     

运动激光辐照圆柱薄壳温度场的数值模拟

对圆柱薄壳在四种不同运动模式激光源辐照下的温度场分布进行了分析研究。运用傅立叶级数展开法推导了在不同运动模式激光源作用下圆柱薄壳温度场的解析表达式,并对该解析表达式进行了编程计算,其计算结果与有限元解吻合良好。详细分析了旋转角速度与平动速度对圆柱壳温升分布的影响,发现在往复运动加热模式下光斑区域的温升变化最为剧烈。计算结果为导弹的抗激光辐射提供了理论依据。     

平流层飞艇高能激光武器防御弹道导弹

防御弹道导弹逐渐受到世界各国的重视,扩大拦截窗口是重要的发展趋势之一。平流层飞艇有可能通过艇载激光武器或者中继反射地基激光两种方式拦截自由段弹道导弹,为评估这两种方式的拦截效果和可行性,本文分析了平流层飞艇搭载高能激光武器的可能性以及中继反射作战方式的特点,建立了激光烧蚀模型,采用数值计算方法对激光的烧蚀效果进行了研究,结果表明平流层飞艇部署位置应距离导弹发射点800～1000km,平流层中继激光飞艇能够在短时间内引爆弹头,艇载激光武器采用烧蚀弹头防热层的方法同样可以达到拦截弹道导弹的目的。     

激光驾束制导信息场检测系统设计

为了完成激光驾束制导信息场检测,根据信息场的参数,介绍了检测系统的设计方案和工作原理;基于误差设计理论,根据激光束传输特性,利用光学软件ZEMAX设计了激光信息场检测光学系统;通过信息场指令值和辐照度检测,实现信息场参数测试。该系统能在各种复杂条件下对多种型号炮射导弹的驾束信息场进行参数测试。     

高功率光纤激光相干合成关键技术

光纤激光的相干合成是获得高功率和高光束质量激光的重要途径,也是当前激光领域的研究热点之一.文章针对基于MOPA方案的光纤放大器相干合成系统,对抖动法相位锁定技术、光束拼接技术和压电陶瓷相位调制器等关键技术和器件进行了详细介绍,为高能光纤激光相干合成的进一步发展提供参考.     

连续波强激光武器的动态毁伤概率数学模型

在强激光武器的跟踪误差为均方可导、各态历经、零均值的正态过程的条件下,通过明晰的物理概念与严谨的数理演绎,导出了它的动态毁伤概率的级数表达式。通过算例探讨了动态毁伤概率的性质:它存在两个极大值所对应的随机穿越的自然频率,当跟踪系统工作在其中的非零频率上时,更具有快速反应能力;展现了跟踪误差的传递函数与动态毁伤概率间的定量关系。为论证、设计、检验强激光武器系统的动态毁伤概率提供了理论依据与技术支持。     

激光的大气传输问题研究

本文综合考虑了衍射效应、大气湍流、大气中分子和气溶胶粒子的吸收和散射以及非线性热畸变效应诸因素对激光大气传输的影响;分析了减小上述影响的方法,得到了激光波长、发射孔径、气候条件、发射角度等因素如何影响光束传输性能的有关结论。     

激光驾束制导信息场仿真系统设计

为满足激光驾束制导信息场检测和标校检测设备的需要,设计了激光驾束制导信息场仿真系统。采用在仿真制导导弹飞行曲线取样的方法,利用FPGA、激光器及其驱动电路产生仿真信息场。试验结果表明：仿真系统信号输出稳定、精度高,可以满足激光驾束制导信息场检测标校的要求。     

重复脉冲激光辐照InSb(PV)型探测器的热损伤

在建立高斯型重复脉冲激光辐照InSb(PV)型探测器物理模型的基础上,采用近似解析解的形式计算了圆柱形InSb靶板的二维温度场。通过数值分析得出了在激光辐照时,InSb(PV)型探测器的温升与时间的关系,并计算出相应的损伤阈值。研究表明:在高斯型重复脉冲激光辐照下,损伤阈值受到脉冲数目、宽度、重复频率以及脉冲激光光斑半径的影响,InSb(PV)型探测器会发生熔融损伤,发生于迎光面的光斑中心。对于一定厚度胶层的InSb(PV)型探测器,只有强度大于一定阈值时重复脉冲激光的辐照才可能发生熔融损伤,越薄的胶层对应的损伤阈值越大。为了增加InSb(PV)型探测器的激光对抗能力,应该减小胶层厚度。