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高速飞行器气动光学效应

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2025年第1期64卷 257-264页

作者：田立丰杨东霖黄开诱中山大学航空航天学院广东深圳518107 深圳市智能微小卫星星座技术与应用重点实验室广东深圳518107

采用数值模拟、计算光学方法和理论,对超声速飞行器流场进行数值模拟研究,获取不同飞行高度和攻角下光学窗口上方流场的密度分布,根据Gladstone-Dale关系得到光学窗口上方的折射率场,利用光线追迹法计算流场光程差分布情况。对流场光程... 详细信息

采用数值模拟、计算光学方法和理论,对超声速飞行器流场进行数值模拟研究,获取不同飞行高度和攻角下光学窗口上方流场的密度分布,根据Gladstone-Dale关系得到光学窗口上方的折射率场,利用光线追迹法计算流场光程差分布情况。对流场光程差的分布情况进行分析,可以得出结论:随着飞行高度的增加,气动光学效应逐渐减弱;随着攻角的增大,气动光学效应逐渐增强。

关键词：气动光学飞行高度攻角光程差

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带喷流的超声速光学头罩流动显示

北京航空航天大学学报 2013年第1期39卷 105-108页

作者：朱杨柱易仕和田立丰陈植国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

在马赫数3.8的超声速风洞中,以高时空分辨率的基于纳米示踪的平面激光散射(NPLS,Nano-tracer based Planar Laser Scattering)技术为实验手段,研究了有无喷流的超声速光学头罩流场的精细结构,清晰地再现了流场中的激波、膨胀波、剪切层... 详细信息

在马赫数3.8的超声速风洞中,以高时空分辨率的基于纳米示踪的平面激光散射(NPLS,Nano-tracer based Planar Laser Scattering)技术为实验手段,研究了有无喷流的超声速光学头罩流场的精细结构,清晰地再现了流场中的激波、膨胀波、剪切层和湍流边界层等复杂结构.通过分析时间相关的流场NPLS图像,可以发现流场结构随时间的演化特性.结果表明:无喷流情况下光学窗口上方的大部分流场处于层流状态;有喷流情况下剪切层的层流区域较短,在很短的距离内转捩至湍流状态;喷流出口压力高于外界压力情况下剪切层的转捩位置比压力匹配情况下较为靠前,光学窗口上方的涡结构也较为复杂.比较而言,后者对气动光学性能的影响更大.

关键词：基于纳米示踪的平面激光散射流动显示气动光学喷流

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一座大型脉冲风洞的气动及结构设计研究

一座大型脉冲风洞的气动及结构设计研究

作者：田立丰国防科学技术大学

学位级别：硕士

本文设计了一座具有多种运行方式的高超声速大型脉冲风洞,该风洞可以采用炮风洞和激波管两种运行方式。风洞设计马赫数M=4,5,6,7,8,9,最大驱动压力20.0MPa,模拟高度H=15,25,35Km(分别对应M=4.0,6.0,8.0);喷管口径为DNe=2.0m(对于M=4.0,5... 详细信息

本文设计了一座具有多种运行方式的高超声速大型脉冲风洞,该风洞可以采用炮风洞和激波管两种运行方式。风洞设计马赫数M=4,5,6,7,8,9,最大驱动压力20.0MPa,模拟高度H=15,25,35Km(分别对应M=4.0,6.0,8.0);喷管口径为DNe=2.0m(对于M=4.0,5.0,6.0),DNe=2.5m(对于M=7.0,8.0,9.0),实验模型的最大直径Dm=1m,最大长度Lm=4m;风洞全长110m,其中高压段22m,低压段38m,高低压段内径均为0.6m;风洞采用三种驱动方式:空气驱动空气(炮风洞)、氢气加氮气驱动空气(激波风洞,M=6.0)和氦气加空气驱动空气(激波风洞,M=8.0)。该风洞可以完成气动力、气动热、压力分布的测量,以及流动显示与测量。本文对该脉冲风洞的气动参数、总体设计和结构分析进行了研究。采用理想的平衡活塞运行理论和完全气体模型,该风洞可以产生高马赫数、一定焓值和Re数、实验时间较长的均匀流动,满足超燃、亚燃现象的研究。在分析和比较国内外同类设备的基础上,确定了大型脉冲风洞的基本结构及相关尺寸。针对此脉冲风洞的基本结构,本文对风洞进行了强度校核,验证了风洞结构的安全性。

关键词：高超声速脉冲风洞气动参数总体设计结构设计强度校核

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倍流整流ZVS三管推挽直流变换器的研究

倍流整流ZVS三管推挽直流变换器的研究

作者：田立丰南京航空航天大学

学位级别：硕士

现如今随着直流电源技术不断发展,其软开关技术的研究也不断深入。通过实现软开关的方法,不仅可以减小开关损耗,还能够降低电磁干扰,同时提高电力电子装置的功率密度,在此领域研究较多的为移相全桥软开关技术。推挽电路具有结构简单,适... 详细信息

现如今随着直流电源技术不断发展,其软开关技术的研究也不断深入。通过实现软开关的方法,不仅可以减小开关损耗,还能够降低电磁干扰,同时提高电力电子装置的功率密度,在此领域研究较多的为移相全桥软开关技术。推挽电路具有结构简单,适合大电流输入场合的优点,但其软开关技术研究相对较少。按照研究的种类划分有推挽正激变换器、带谐振环节的推挽变换器、有源箝位推挽变换器等。本文提出了一种倍流整流方式ZVS三管推挽直流变换器,并对其进行详细分析与研究。其拓扑结构是变压器一次侧在传统推挽电路变压器中点及输入电源间增加一个功率开关管;二次侧使用倍流整流电路。电路具有结构简便,能够适用于大电流输入输出应用场合的特点,其主管可以在很宽的负载范围下实现ZVS,而增加的功率开关管也可以在较大负载时实现ZVS。其后文章针对所提出的拓扑在不同阶段的工作模态原理进行了介绍,对变换器三个功率开关管的ZVS条件进行了分析,给出了参数设计方法,并通过实验结果对提出的拓扑性能进行了验证。针对辅助功率开关管的ZVS实现的不足,又提出了在倍流整流电路中加入阻断电容的方法,可以使得三个功率开关管都能在全负载范围内实现ZVS,从而提高所提出拓扑在轻载情况下的效率。其后对所提出的拓扑在不同阶段的工作模态进行了分析,介绍了工作原理,阻断电容C的设计,并对功率开关管ZVS的实现进行了分析,最后通过实验进行了论证。最后对将倍流整流方式下ZVS三管推挽直流变换器和常见的移相全桥ZVS变换器进行了比对,得出了各自优缺点,为实际开发提供了理论依据。

关键词：倍流整流三管推挽变换器零电压开关阻断电容

超声速混合层(Mc=0.5)流动现象的实验观测和计算分析

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中国科学（G辑） 2009年第10期39卷 1126-1133页

作者：杨武兵庄逢甘沈清关发明王强易仕和赵玉新何霖田立丰中国航天空气动力技术学院北京100074 中国航天科技集团公司北京100037 国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

实验和计算均能获得混合层流动失稳结构的参数,但以往两种研究方法所获结果缺乏对比验证.我们用NPLS(Nano-Based Planar Laser Scattering)流动显示技术和二维DNS方法研究了Mc=0.5(M1=3.5/M2=1.4)的超声速混合层流动.从实验照片测量了... 详细信息

实验和计算均能获得混合层流动失稳结构的参数,但以往两种研究方法所获结果缺乏对比验证.我们用NPLS(Nano-Based Planar Laser Scattering)流动显示技术和二维DNS方法研究了Mc=0.5(M1=3.5/M2=1.4)的超声速混合层流动.从实验照片测量了混合层流动在无附加扰动和施加谐波扰动下流动结构波长,与二维DNS计算结果差异均在1%以内.两种方法的结果得到了相互验证.实验测量了结构的对流输运速度,证实对于超/超混合层流动,满足Mc,2

关键词：超声速混合层直接数值模拟流动显示技术

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龙爪槐营养元素含量变化及分布的研究

龙爪槐营养元素含量变化及分布的研究

作者：田立丰山西农业大学

学位级别：硕士

本文以龙爪槐为材料,对器官内营养元素在不同处理下一个生长期的含量变化、分布、各元素间的相关性进行了研究,结果表明： (1) N、P、Ca、Mg、Fe、Mn营养元素含量呈季节性变化。不同施肥处理条件下,每个元素各处理间的含量变化总体趋势... 详细信息

本文以龙爪槐为材料,对器官内营养元素在不同处理下一个生长期的含量变化、分布、各元素间的相关性进行了研究,结果表明： (1) N、P、Ca、Mg、Fe、Mn营养元素含量呈季节性变化。不同施肥处理条件下,每个元素各处理间的含量变化总体趋势大致相同。N元素在叶片内变化势为降-升-降;在枝条内的变化趋势为升-降-升;在根部的变化趋势为降-升。P元素在各器官的变化趋势一致,呈降-升-降。Ca元素在叶片和枝条内成上升趋势;在根部呈下降趋势。Mg元素在叶片和直径≤2mm根内变化趋势为升-降;在枝条内变化趋势为降-升;在直径>2mm根内变化趋势为降-升-降-升。Fe元素在叶片内变化趋势为升-降-升-降;在枝条内变化趋势为升-降;在根部的变化趋势为升-降-升。Mn元素在叶片内呈上升趋势;在枝条内变化趋势为降-升;在直径≤2mm根内变化趋势为升-降-升;在直径>2mm根内变化趋势为升-降。龙爪槐在不施肥条件下吸收Ca、Fe元素较多;在只施氮肥处理的条件下吸收的N、P、Mn元素较多;只施磷肥吸收N、P、Mg元素较多;施氮磷复合肥下吸收的N、Mg元素较多。 (2)除Fe元素外,其它元素在叶片中含量最高;各元素在一年生枝中的含量高于多年生枝;龙爪槐细根中养分含量较高,尤其是微量元素,龙爪槐直径≤2mm根中营养元素含量明显高于直径>2mm根。叶片和根系中均为N元素含量最多,枝条中Ca元素较少,微量元素在各器官中均是Fe元素含量较Mn元素多。 (3)在龙爪槐叶片内,N元素和Ca元素与其它元素间的相关作用最显著;在一年生枝条内,Ca元素与其它元素间的相互作用最明显;在多年生枝条内,Ca元素与其它元素问的相互作用最显著,其次是Mg、Fe元素;在直径>2mm根内,N元素与Ca元素、Mg元素与Fe元素、Fe元素与Mn元素间的相互作用最显著;在直径≤2mm根内,P元素与Fe元素、Ca元素与Mg元素间的相互作用显著。

关键词：龙爪槐不同施肥处理营养元素含量变化元素分布

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超声速边界层气动光学效应及控制研究

华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 137-146页

作者：田立丰郭美琦丁浩黄开诱姜婷中山大学航空航天学院广东深圳518107

光学成像制导技术是精确制导武器研究的重要课题,气动光学效应的存在对制导精度产生严重的影响,使飞行器偏离目标位置,甚至脱靶。飞行器和来流之间的相互作用导致其周围流场结构非常复杂,激波、膨胀波以及湍流边界层的存在,使得流场的... 详细信息

光学成像制导技术是精确制导武器研究的重要课题,气动光学效应的存在对制导精度产生严重的影响,使飞行器偏离目标位置,甚至脱靶。飞行器和来流之间的相互作用导致其周围流场结构非常复杂,激波、膨胀波以及湍流边界层的存在,使得流场的折射率在空间上分布不均匀,在时间上存在高频脉动。其中,边界层转捩过程引起的气动光学畸变是亟待解决的最大难题。边界层转捩过程是边界层由层流向湍流发展的过程,是一个多因素耦合影响的强非线性、复杂的流动现象,并且一直是湍流研究领域的热点问题。超声速边界层的转捩区具有非常强的非定常性、随机性,且脉动频率高,因此折射率分布极为复杂,光线透过后不仅会发生偏折,还会导致成像模糊和能量分散,严重影响成像制导的精度,通过光学校正的方法很难降低这种影响。本文试图通过延迟边界层转捩,来降低甚至消除超声速边界层转捩对光学传输性能的影响。以超声速旋成体飞行器光学窗口周围的边界层流场为研究对象,本文采用添加扰动片的流动控制方法对边界层气动光学效应变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:随着攻角的增大,光程差分布由沿着对称面对称分布逐渐过渡为沿流向的变化,且逐渐平缓;施加了扰动片控制后,原本处于光学窗口上方的边界层转捩位置后移,窗口上方流场由转捩区逐渐变为层流区,抑制气动光学效应的效果显著。

关键词：气动光学效应边界层流动控制数值模拟超声速流场

基于NPLS技术的可压缩湍流机理实验研究新进展

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力学进展 2011年第4期41卷 379-390页

作者：易仕和田立丰赵玉新何霖国防科学技术大学航天与材料工程学院长沙410073

可压缩湍流机理的实验研究是一件难度很大的工作,其主要的难度在于高时空分辨率的可压缩湍流结构非接触精细测试技术和低噪声的高速风洞设备技术.近几年来,由于在低噪声的超声速、高超声速风洞研究和可压缩流动精细结构测量技术研究方... 详细信息

可压缩湍流机理的实验研究是一件难度很大的工作,其主要的难度在于高时空分辨率的可压缩湍流结构非接触精细测试技术和低噪声的高速风洞设备技术.近几年来,由于在低噪声的超声速、高超声速风洞研究和可压缩流动精细结构测量技术研究方面取得的重要进展及其在可压缩湍流机理研究方面的应用,超声速流动转捩与湍流的机理研究取得了较大的进展.本文介绍了最近几年高速流动非接触精细测试技术,尤其是基于纳米粒子的平面激光散射技术(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)、背景导向纹影技术(background oriented schlieren,BOS)和超声速流场的粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)的研究进展和发展前景,以及基于这些技术,在可压缩湍流机理实验研究方面的进展和发展前景,其中包括在超声速混合层转捩、超声速绕流与尾流结构、超声速边界层转捩、激波边界层干扰等典型流场的机理研究方面,以及气动光学机理研究方面的研究进展.最后,展望了目前湍流机理实验研究对湍流工程模型研究的可能贡献.

关键词：可压缩湍流 NPLS技术精细测试转捩微波边界层干扰工程湍流模型

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超声速混合层密度场测量与近似重构

科学通报 2010年第13期55卷 1227-1232页

作者：赵玉新易仕和何霖田立丰国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

利用纳米示踪粒子研究了超声速混合层的密度场结构.探讨了基于实验图像的密度场校准方法,采用斜激波实验校准了示踪粒子浓度与当地流场密度之间的关系.针对混合层流动图像的实际特征,校准了光强分布不均匀对密度场测量的影响.以对流马赫... 详细信息

利用纳米示踪粒子研究了超声速混合层的密度场结构.探讨了基于实验图像的密度场校准方法,采用斜激波实验校准了示踪粒子浓度与当地流场密度之间的关系.针对混合层流动图像的实际特征,校准了光强分布不均匀对密度场测量的影响.以对流马赫数0.12混合层为研究对象,测量得到了相应的密度场结构.根据混合层展向结构的涡结构特征和流向的密度场分布,近似重构了超声速混合层的密度场,所得到的密度场结构较好地反映了混合层流动的三维特征.

关键词：纳米粒子超声速混合层密度场