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Diagnosing ratio of electron density to collision frequency of plasma surrounding scaled model in a shock tube using low-frequency alternating magnetic field phase shift

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Chinese Physics B 2024年第5期33卷 519-530页

作者：吴明兴谢楷刘艳徐晗张宝田得阳 School of Aerospace Science and Technology Xidian UniversityXi'an 710071China Hypervelocity Aerodynamics Institute China Aerodynamics Research and Development CenterMianyang 621000China

A non-contact low-frequency(LF)method of diagnosing the plasma surrounding a scaled model in a shock tube is *** method utilizes the phase shift occurring after the transmission of an LF alternating magnetic field through the plasma to directly measure the ratio of the plasma loop average electron density to collision *** equivalent circuit model is used to analyze the relationship of the phase shift of the magnetic field component of LF electromagnetic waves with the plasma electron density and collision *** applicable range of the LF method on a given plasma scale is *** upper diagnostic limit for the ratio of the electron density(unit:m^(-3))to collision frequency(unit:Hz)exceeds 1×10^(11),enabling an electron density to exceed 1×10^(20)m^(-3)and a collision frequency to be less than 1 *** this work,the feasibility of using the LF phase shift to implement the plasma diagnosis is also *** experiments on shock tube equipment are conducted by using both the electrostatic probe method and LF *** comparing the diagnostic results of the two methods,the inversion results are relatively consistent with each other,thereby preliminarily verifying the feasibility of the LF *** ratio of the electron density to the collision frequency has a relatively uniform distribution during the plasma *** LF diagnostic path is a loop around the model,which is suitable for diagnosing the plasma that surrounds the ***,the causes of diagnostic discrepancy between the two methods are *** proposed method provides a new avenue for diagnosing high-density enveloping plasma.

关键词： low-frequency alternating magnetic field phase shift shock-tube plasma diagnosis electron density collision frequency

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物理化学模型对流场电磁散射特性的影响

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航空学报 2023年第12期44卷 58-67页

作者：陈伟芳孙精华田得阳陈烨斯浙江大学航空航天学院杭州310027 中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

基于由不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速等离子体流场数据,采用三维时变等离子体分段线性电流密度递归卷积时域有限差分(PLJERC-FDTD)方法探索了电磁波与典型高超声速飞行器等离子体流场的相互作用规律,对比分析了... 详细信息

基于由不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速等离子体流场数据,采用三维时变等离子体分段线性电流密度递归卷积时域有限差分(PLJERC-FDTD)方法探索了电磁波与典型高超声速飞行器等离子体流场的相互作用规律,对比分析了不同化学反应动力学模型、不同湍流模型及不同电磁波频率等情况下高超声速飞行器等离子体流场电磁散射特性。对于不同的化学反应动力学模型,Park模型和Gupta模型计算得到的等离子体流场的后向雷达散射截面积(RCS)较为接近,且均小于D&K模型计算得到的,而考虑湍流效应的电磁散射特性比层流流场更为复杂,其后向RCS随频率变化更加剧烈,且随着高度增加,湍流效应对电磁散射特性的影响逐渐减弱。

关键词：电磁散射等离子体时域有限差分方法化学反应动力学模型湍流模型雷达散射截面

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高超声速类HTV2模型全目标电磁散射特性实验研究

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物理学报 2022年第8期71卷 79-89页

作者：马平韩一平张宁田得阳石安华宋强中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000 西安电子科技大学物理电子学院西安710071

针对临近空间高超声速飞行器目标探测与识别研究的需求,开展了高超声速飞行器非均匀等离子体电磁散射特性模拟测量研究.利用弹道靶设备发射高超声速类HTV2模型形成模拟的超高速复杂外形目标,弹道靶高精度阴影成像系统和雷达测量系统分... 详细信息

针对临近空间高超声速飞行器目标探测与识别研究的需求,开展了高超声速飞行器非均匀等离子体电磁散射特性模拟测量研究.利用弹道靶设备发射高超声速类HTV2模型形成模拟的超高速复杂外形目标,弹道靶高精度阴影成像系统和雷达测量系统分别测量高超声速类HTV2模型姿态、全目标C波段/X波段电磁散射特性,获得了不同实验条件下模型全目标雷达散射截面积(RCS)等实验数据.研究结果表明:在不同实验状态下,包覆等离子体鞘套的高超声速类HTV2模型同一测量波段的RCS差别超过1个数量级,模型姿态角对包覆等离子体鞘套的高超声速类HTV2模型RCS影响较大,最大相差1个多数量级;在给定的实验条件下,模型尾迹C波段RCS远小于包覆等离子体鞘套的模型RCS,模型尾迹X波段RCS显著增强;高超声速类HTV2模型全目标C波段电磁散射能量主要分布在模型及其绕流区域, X波段电磁散射能量主要分布在模型及其绕流区域和等离子体尾迹区域.根据弹道靶实验条件,开展了包覆等离子体鞘套的高超声速类HTV2模型电磁散射特性数值仿真,仿真结果与实验结果之间的最大误差小于4 d B,验证了本文提出的非均匀等离子体包覆目标电磁散射特性建模方法的有效性.

关键词：高超声速模型等离子体鞘套弹道靶

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高超声速模型尾迹电子密度二维分布反演方法

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物理学报 2022年第11期71卷 258-267页

作者：吴明兴田得阳唐璞田径何子远马平中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000 电子科技大学电子科学与工程学院成都611731

弹道靶利用二级轻气炮将模型加速到高超声速状态,模型在靶室内超高速飞行时形成等离子体尾迹.为实现高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布诊断,利用七通道微波干涉仪测量系统获得了高超声速模型尾迹截面不同位置处平均电子密度.该系统... 详细信息

弹道靶利用二级轻气炮将模型加速到高超声速状态,模型在靶室内超高速飞行时形成等离子体尾迹.为实现高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布诊断,利用七通道微波干涉仪测量系统获得了高超声速模型尾迹截面不同位置处平均电子密度.该系统采用一发七收的方式,实现平面波照射等离子体及平面波接收,天线波束可完全覆盖尾迹径向范围.多通道微波干涉仪数据处理过程常将等离子体视为分层介质,考虑到分层界面上折射效应的影响,本研究利用射线追踪方式建立电磁传播模型,结合测量数据建立目标函数,通过遗传算法优化来反演高超声速模型尾迹电子密度径向二维分布.该数据处理方法的电子密度反演结果与相同来流条件下的数值模拟结果对比吻合较好,初步验证了该方法的有效性.分析了分层模型对电子密度分布特性的影响,结果表明利用七层模型对尾迹建模效果最佳,且适用于不同厚度尾迹,最大化利用接收通道数,确保了计算精度.利用该方法实现弹道靶高超声速球模型尾迹电子密度二维分布诊断,并给出了给定实验状态下模型尾迹电子密度二维分布的一些规律.

关键词：高超声速模型尾迹七通道微波干涉仪射线追踪二维分布

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物理化学模型对流场电磁波传播特性影响分析

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航空学报 2022年

作者：田得阳平熠陈烨斯陈伟芳中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所浙江大学航空航天学院

基于考虑不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速类HTV-2飞行器稳态及动态等离子体流场数据，应用ADE-FDTD方法研究了类HTV-2等离子体流动的电磁传播特性，分析了由不同物理化学模型计算得到的等离子体流场的电磁波传播特...

基于考虑不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速类HTV-2飞行器稳态及动态等离子体流场数据，应用ADE-FDTD方法研究了类HTV-2等离子体流动的电磁传播特性，分析了由不同物理化学模型计算得到的等离子体流场的电磁波传播特性差异，化学模型中由于各模型预测温度不同，温度越高使得化学反应更为剧烈，预测的电子数密度越高，因此等离子体频率和等离子体碰撞频率越高，从而导致Park模型、Gupta及D&K模型的透射系数依序从小变大，衰减系数反之；湍流模型中同样由于各模型计算的电子数密度不同，从而导致DDES模型、DES模型及Laminar模型的透射系数由小变大，衰减系数反之。通过比较选出了适用于高超声速等离子体流场数值模拟的化学物理模型，即7组元Gupta化学反应动力学模型与DDES模型，为解决黑障问题，实现可靠通信提供了理论依据。

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物理化学模型对流场电磁散射特性的影响研究

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航空学报 2022年

作者：陈伟芳孙精华田得阳陈烨斯中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所浙江大学航空航天学院

基于由不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速等离子体流场数据，采用三维时变等离子体分段线性电流密度递归卷积时域有限差分(PiecewiseLinearJERecursiveConvolutionFinite-DifferenceTime-Domain,PLJERC-FDTD)方法探...

基于由不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速等离子体流场数据，采用三维时变等离子体分段线性电流密度递归卷积时域有限差分(PiecewiseLinearJERecursiveConvolutionFinite-DifferenceTime-Domain,PLJERC-FDTD)方法探索了电磁波与典型高超声速飞行器等离子体流场的相互作用规律，对比分析了不同化学反应动力学模型、不同湍流模型及不同电磁波频率等情况下的高超声速飞行器等离子体流场电磁散射特性。对于不同的化学反应动力学模型，Park模型和Gupta模型计算得到的等离子体流场的后向雷达散射截面积(RadarCrossSection,RCS)较为接近，且均小于D&K模型计算得到的等离子体流场的后向RCS，而考虑湍流效应的电磁散射特性比层流流场更为复杂，其后向RCS随频率变化更加剧烈，且随着高度增加，湍流效应对电磁散射特性的影响逐渐减弱。

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类HTV-2飞行器光电特性的分析评估技术

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航空学报 2023年第S02期44卷 127-137页

作者：于哲峰梁世昌石卫波田得阳石安华廖东骏杨鹰中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

类HTV-2高超声速飞行器在大气层中飞行时间长、速度快、机动性强,高温热化学非平衡流场对目标光辐射特性和雷达散射特性产生严重影响。通过发展和完善类HTV-2飞行器光辐射特性分析评估技术、雷达散射特性分析评估技术和地面与实际飞行... 详细信息

类HTV-2高超声速飞行器在大气层中飞行时间长、速度快、机动性强,高温热化学非平衡流场对目标光辐射特性和雷达散射特性产生严重影响。通过发展和完善类HTV-2飞行器光辐射特性分析评估技术、雷达散射特性分析评估技术和地面与实际飞行试验数据分析评估技术,研制了具有自主知识产权的面向类HTV-2飞行器光电特性分析评估软件。以探测距离为分析评估函数,对高超声速目标光电特性进行了评估。提出基于尾迹雷达散射截面(RCS)特性的高超声速目标超视距探测方法和消除高温热化学非平衡流场影响的紫外制导方法,以提高对高超声速飞行器的探测和制导能力。相关结果可以为类HTV-2飞行器光电特性研究提供技术支撑。

关键词：高超声速光辐射雷达散射探测制导

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物理化学模型对流场电磁波传播特性影响

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航空学报 2022年第S02期43卷 217-227页

作者：田得阳平熠陈烨斯陈伟芳中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000 浙江大学航空航天学院杭州310027

基于考虑不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速类HTV-2飞行器稳态及动态等离子体流场数据,应用ADE-FDTD方法研究了类HTV-2等离子体流动的电磁传播特性。分析了由不同物理化学模型计算得到的等离子体流场的电磁波传播特... 详细信息

基于考虑不同化学反应动力学模型和湍流模型计算得到的高超声速类HTV-2飞行器稳态及动态等离子体流场数据,应用ADE-FDTD方法研究了类HTV-2等离子体流动的电磁传播特性。分析了由不同物理化学模型计算得到的等离子体流场的电磁波传播特性差异,化学模型中由于各模型预测温度不同,温度越高使得化学反应更为剧烈,预测的电子数密度越高,因此等离子体频率和等离子体碰撞频率越高,从而导致Park模型、Gupta及D&K模型的透射系数依序从小变大,衰减系数反之。湍流模型中同样由于各模型计算的电子数密度不同,从而导致DDES模型、DES模型及Laminar模型的透射系数由小变大,衰减系数反之。通过比较选出了适用于高超声速等离子体流场数值模拟的化学物理模型,即7组元Gupta化学反应动力学模型与DDES模型,为解决黑障问题,实现可靠通信提供了理论依据。

关键词：等离子体黑障 ADE-FDTD 电磁波传播化学反应动力学模型湍流模型

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车用旋片式电动真空泵噪声的优化分析

车用旋片式电动真空泵噪声的优化分析

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作者：田得阳长春理工大学

学位级别：硕士

随着我国能源的消耗、环境压力的增大,国家对汽车行业的发展提出了新的要求,小排量和新能源汽车成为未来发展的趋势。车用旋片式电动真空泵以良好的性能,被广泛应用到小排量和新能源汽车的真空助力制动系统中,但是其振动噪声的问题比较... 详细信息

随着我国能源的消耗、环境压力的增大,国家对汽车行业的发展提出了新的要求,小排量和新能源汽车成为未来发展的趋势。车用旋片式电动真空泵以良好的性能,被广泛应用到小排量和新能源汽车的真空助力制动系统中,但是其振动噪声的问题比较严重。随着人们对汽车舒适性要求的提升,很有必要对车用旋片式电动真空泵的振动噪声进行研究和控制。本文对车用旋片式电动真空泵的振动噪声进行研究。首先,深入研究其工作原理、基本结构和性能试验等,分析出主要噪声源的发声机理和降噪方法,总结出本文主要对排气过程中的气动噪声和工作腔室的机械噪声进行优化分析。然后,运用流体动力学软件ANSYS Fluent和声学仿真软件*** Acoustics对排气过程中的气动噪声进行联合仿真,采用大涡模拟方法和声学边界元法进行数值计算,得到流体仿真结果和声学仿真结果;利用噪声的控制方法、流体仿真结果和声学仿真结果对消音盖的结构进行优化设计;对比分析消音盖优化前后的流体和声学仿真结果得出,优化后气体流动方向受到约束、噪声的声压值明显降低。接着,对工作腔室的机械噪声进行研究,利用虚拟样机软件ADAMS对工作腔室进行动力学仿真,得到旋片的运动曲线和各部件间的接触力等仿真结果;通过分析仿真结果得出,旋片和定子间的接触力是机械噪声最大的影响因素,并对其单独分析;根据分析结果对定子进行优化,对比分析优化前后的仿真结果得出,优化后旋片和定子间的接触力明显降低,从而降低了机械噪声的产生。最后,在半消音室进行试验对比,先对其余影响机械噪声的因素——转子和定子的间隙进行试验对比,得到噪声低同时保证基本性能的间隙为0.03mm;然后通过试验对比验证气动噪声和机械噪声的仿真结果;利用所有降噪措施,试验测得电动真空泵噪声最大声压级降低3～5dB(A)。

关键词：电动真空泵振动噪声声学仿真

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永磁容错游标轮缘推进电机改进模型预测转矩控制

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 923-930页

作者：安达朱景伟李想乔田怀郑杰阳大连海事大学船舶电气工程学院辽宁大连116026

为提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)在正常状态和一相开路故障状态下的控制性能,本文提出了一种基于电压矢量预选的改进模型预测转矩(MPTC)控制方法.针对六相独立H桥逆变器提供的备选电压矢量数量多导致MPTC系统计算量大的问题... 详细信息

为提高永磁容错游标轮缘推进电机(FTPMV-RDM)在正常状态和一相开路故障状态下的控制性能,本文提出了一种基于电压矢量预选的改进模型预测转矩(MPTC)控制方法.针对六相独立H桥逆变器提供的备选电压矢量数量多导致MPTC系统计算量大的问题,首先,采用直接转矩控制中利用转矩、磁链误差及定子磁链位置信息确定预选电压矢量,减少MPTC系统中电压矢量的枚举次数.然后,利用价值函数进行二次筛选得到最优电压矢量.为了实现开路故障下的容错控制,提出了一种更换备选电压矢量表的开路故障容错控制策略.实验结果表明,基于电压矢量预选的FTPMV-RDM模型,本文预测转矩控制算法能够在无故障和一相开路故障下抑制电流畸变,进而有效降低转矩和磁链脉动.

关键词：永磁容错游标轮缘推进电机模型预测转矩控制容错控制电压矢量预选

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