脉冲等离子体推力器羽流的粒子模拟

目前微小卫星正在积极地发展中,脉冲等离子体推力器是其推进系统的一个重要发展方向,为了能够将PPT成功地运用于空间,需对其羽流进行研究.将DSMC(Direct Simulation Monte-Carlo)/PIC(Particle in Cell)流体混合算法与一维MHD放电模型相结合,一体化模拟NASA Glenn PPT羽流,对不同出口偏转角的羽流场进行模拟,并与实验结果进行了比较.计算结果显示引入出口速度的偏转角提高了模型的羽流扩散能力,羽流的扩散角是影响羽流的一个主要因素.     

脉冲等离子体推力器工作过程一维磁流体动力学数值模拟

通过耦合脉冲等离子体推力器(PPT)工作过程中电场、磁场、流场之间的相互作用,描述了电容器放电、推进剂烧蚀、等离子体加速流动等过程,建立了基于磁流体动力学(MHD)的一维非定常数学模型,对PPT的工作过程进行数值模拟。对数值模拟结果作了相应分析,并将部分模拟结果与实验数据进行了比较。结果表明,模型正确反映了推力器放电过程、推进剂烧蚀质量与表面温度的变化趋势。     

不同羽流模型在封闭空间池火灾中的应用

利用不同羽流模型对封闭空间火灾进行建模,在结合实验测出的热释放速率基础上,计算了不同羽流模型下的烟气填充时间和温度变化情况。将计算结果和实验数据进行了对比,分析了不同羽流模型的适用性。结果表明:火灾初期,4种羽流模型下的烟气填充速度相近,其中McCaffrey羽流模型与实际烟气填充过程最为接近;火灾后期,Zukoski羽流模型最接近实际烟气填充过程;火灾过程中,Thomas羽流模型和Zukoski模型计算结果非常接近,Thomas羽流模型更适用于一般的工程计算;4种羽流模型下的烟气层温度和实验结果有很大差异,实际工程中均不建议用来预测烟气温度。     

基于大涡模拟的气体羽流分层特性数值模拟

采用大涡模拟(LES)对气体羽流分层特性进行数值模拟,分析了基于LES的气体羽流模型、控制方程和数值计算方法,探讨了LES在多组分气体羽流模拟中的应用;以文献[1]中氦气在空气中形成羽流的实验数据为参考,对所建模型进行验证。利用该模型对密闭空间油气泄漏过程进行数值模拟,计算结果表明油气在泄漏发生的240 s之内,不同组分表现出显著不同的分层规律:相对于空气,密度较大的组分聚集在空间下部20%的范围内;密度较小的组分主要分散在空间上部80%的范围内。研究结果为油库油气危险源安全监测与预警、火灾预防与扑救等提供了关键参数参考和工程设计理论依据。     

强施放水成膜泡沫的质量损失模型与仿真

采用水成膜泡沫(AFFF)流运动和落点分布模型确定AFFF未到达火羽流前的质量损失,通过火羽流速度计算模型和质量损失临界速度建立了AFFF到达羽流上方的质量损失模型,并应用Fluent和FDS进行模拟仿真.计算结果表明:强施放水成膜泡沫的质量损失和AFFF的物化特性、流量、喷射距离、火场环境有关.该研究结论可以指导大型舰艇水成膜泡沫系统消防设计.     

高电流密度激光加速器

用计算机模拟了电子在高斯激光场,纵向磁场、电子束流电磁场三种场作用下的运动。讨论影响电子被加速的因素。     

精确测量羽流引起的雷达幅度和相位噪声

本文描绘了测量由羽流引起的雷达衰减和噪声的新设备。介绍了三种固体推进发动机点火试验,报告了X波段衰减,幅度噪声和相位噪声的测量。显示了边带频率和羽流位置对于噪声电平的影响。对高浸镀铝推进燃料来说峰值衰减大约为12～15db。跟衰减一样,最大噪声电平发生在羽流的二次燃烧区域且强烈地依赖于羽流的位置。接近喷嘴出口平面,500H_z带宽内,偏离载频1KH_zX波段载波幅度噪声大约为37dbc。在羽流的尾部区域,衰减和幅度噪声电平分别增加大约3和10db。相位噪声电平与幅度噪声电平相匹敌。这种测试装置的结果和以前几乎相同的推进/发动机系统报告数据进行了比较。衰减和幅度噪声的测量和早期测试的相吻合,但是相位噪声的测量比以前的报告要高。由于对设备进行认真的校准并消除了声频噪声,因此这些新的数据是比较准确的。     

磁镜中哨声波加热等离子体研究

本文研究了在产生晃荡电子的特定磁镜磁场位形中。使用哨声波加热等离子体的机制,并对等离子体的参数和等离子体共振区结构进行了测量研究,研究结果表明:(1) 在磁镜基频共振层附近存在等离子体密度峰和电子温度峰;(2) 该峰随着磁镜中心磁场的变化与基频共振层一起移动;(3) 等离子体加热的物理机制为:大量的电子在基频共振层吸收微波,并在此处反弹。     

30 cm离子推力器栅极组件寿命预估及试验验证

为了预估30 cm离子推力器现有三栅极组件的整体寿命,采用有限元分析和PIC-MCC方法分别对栅极组件的热态平衡间距以及栅极不同区域的刻蚀速率进行了模拟和计算。结果显示,推力器达到热平衡状态时,减速栅整体变形呈现中心局部凹陷特征,加速栅整体变形呈均匀突起;在直径0～70 mm内的中心区域,两栅间距平均缩小0.057 mm;在直径70～140 mm内的环形区域,两栅间距平均增大0.129 mm;减速栅边缘区域小孔在1 500 h内的刻蚀速率达到6.25×10^-14 kg/s,而5 700 h的栅孔刻蚀速率相比1 500 h的降幅达到了15.4%;5 700 h的加速栅中心和边缘以及减速栅中心区域小孔的刻蚀速率相比1 500 h的降幅分别达到了8.0%、4.1%和3.6%。5 700 h的寿命试验结果显示,减速栅中心孔、加速栅中心和边缘孔的刻蚀基本呈线性,仿真与试验结果的比对误差均在10%以内。     

空间站环境污染分析及其仿真模式

在确立正确的空间站环境污染概念的基础上,依据污染成因可将其分为本体污染（分子污染）、羽流污染（操作污染）和粒子云污染三大污染源。针对各自不同的形成机理,提出进行污染潜势预报的相应的分析模式,作为研制环境污染分析的仿真软件的基础。对于最严重的污染源羽流污染,从建模、算法、流场模拟与效应分析出发,作一体化处理,构思模块式结构的仿真软件框架,为防止污染,研制和发展实用的污染控制系统提供依据     

磁镜场约束等离子体的粒子模拟

用PIC粒子模拟的方法描绘具有初始速度分布的等离子体在磁镜场中的运动状态 ,得出等离子体在磁镜场中的运动轨迹图 ,形象表现了磁镜场对等离子体的约束作用 ,表明用PIC粒子模拟方法探索在磁镜场中等离子体运动的物理过程和规律是可行的和有效的 .     

Numerical studies on four-engine rocket exhaust plume impinging on flame deflectors with afterburning

This paper studies the four-engine liquid rocket flow field during the launching phase. Using three-dimensional compressible Navier-Stokes equations and two-equation realizable k-epsilon turbulence model, an impact model is established and flow fields of plume impinging on the two different shapes of flame deflectors, including wedge-shaped flame deflector and cone-shaped flame deflector, are calcu-lated. The finite-rate chemical kinetics is used to track chemical reactions. The simulation results show that afterburning mainly occurs in the mixed layer. And the region of peak pressure occurs directly under the rocket nozzle, which is the result of the direct impact of exhaust plume. Compared with the wedge-shaped flame deflector, the cone-shaped flame deflector has great performance on guiding exhaust gas. The wedge-shaped and cone-shaped flame deflectors guide the supersonic exhaust plume away from the impingement point with two directions and circumferential direction, respectively. The maximum pressure and temperature on the wedge-shaped flame deflector surface are 37.2% and 9.9% higher than those for the cone-shaped flame deflector. The results provide engineering guidance and theoretical significance for design in flame deflector of the launch platforms.     

火药脉冲助推器控制在舰载火箭弹中的应用

建立了采用火药脉冲助推器控制的简易制导火箭弹的弹道模型 ,进行了数字仿真 .理论研究和数字仿真结果表明 ,采用火药脉冲助推器控制可以有效地提高火箭弹的命中精度 ,它对实际弹道修正的效果与其冲量大小、数目、作用起始时刻、作用方位角、作用时间间隔等因素有关     

潜艇闭环消磁中外部空间的磁场推算

利用实时测量的内部磁场值准确推算出外部空间目标磁场值是潜艇实现闭环消磁要解决的关键技术之一。通过虚拟磁源法,得到了表征潜艇内外空间磁场变化量之间关系的表达式。对利用积分方程法模拟得到的潜艇模型内外空间磁场进行了仿真实验,实验结果表明:用内部数据推算得到的外部空间磁场与仿真数据几乎完全吻合。在实验室用潜艇模型进行了验证实验,推算数据与实测数据依然吻合,相对均方根误差最大为6.5%,该方法可用于潜艇闭环消磁中外部空间磁场推算。     

Research on the Static Magnetic Field of Ships with Corrosion and Anticorrosion Efficacy Using Electric Dipole Model

In the case of three-layered(air-seawater-seabed)model,the analytical expressions of the static electric and static magnetic field produced by the static electric dipole located in seawater were derived by using the mirror image theory.Combined with the distribution of the underwater electric potential measured in laboratory,an electric dipole model for physical scale of ship was established and the distribution characteristics of an actual ship' s corrosion related magnetic field were obtained.Based on established models,theoretical analysis and calculation were made to catch out the distribution characteristics of static magnetic field related with corrosion and anticorrosion,which can not be measured directly in seawater.The results show that the static magnetic field related with corrosion and anticorrosion is a kind of noteworthy obstacle signal for degaussed ships.     

一种潜艇内外磁场换算算法的实验验证

将磁矩作为潜艇磁场的虚拟源,通过磁场变化量推导了潜艇内外磁场变化量的关系式,解决了制约闭环消磁技术发展的核心问题。并以封闭的铁质空心圆筒模拟潜艇,测量模型内外磁场变化量,对内外换算关系式进行了实验验证,实验结果表明,用该关系式由内部磁场换算外部磁场,误差可以控制在10%以内。     

运动船舶磁性船体产生的感应电场

为了研究运动船舶磁性船体产生的感应电场,以库伦定律和毕奥-沙伐定律等电磁场基本理论为基础,对磁偶极子运动产生的感应电场进行了建模,通过实验证明了分析方法的正确性,解决了以往模型适用范围窄、准确性差的问题;并以磁偶极子感应电场模型为基础,得到了磁性船体的感应电场模型,利用实船的磁场数据进行了实例计算,得出船舶附近感应电场可达1m V/m,达到了可探测水平。     

运动潜艇的感应电场分布

采用相对论电磁变换法计算了单个磁偶极子匀速运动时产生的感应电场三分量。利用沿圆柱表面排列的磁偶极子阵列近似模拟潜艇的磁场分布,通过对磁偶极子阵列运动感应电场三分量的积分运算,得到了潜艇运动感应电场的分布规律,解决了由高斯定理计算感应电场因电场方向不同难以进行积分运算的难题。利用海水中布放的传感器,实际测量了运动潜艇模型的感应电场,测量结果验证了所提出的感应电场计算方法的正确性。