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矩形射流激波啸叫机理实验研究

声学学报 2024年第5期49卷 1083-1090页

作者：张俊龙覃晨赵佳锡中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室绵阳621000

为了解超声速欠膨胀射流激波啸叫噪声的产生机理,基于宽高比10∶1的矩形收缩喷管射流模拟实验装置,采用远场噪声测试及近场流动纹影测量相结合的方法,研究了超声速射流激波格栅结构的非定常运动规律,及其与大尺度旋涡相互作用产生啸叫... 详细信息

为了解超声速欠膨胀射流激波啸叫噪声的产生机理,基于宽高比10∶1的矩形收缩喷管射流模拟实验装置,采用远场噪声测试及近场流动纹影测量相结合的方法,研究了超声速射流激波格栅结构的非定常运动规律,及其与大尺度旋涡相互作用产生啸叫噪声的过程。实验结果表明不同方位激波啸叫噪声的产生机制存在差异,射流上游和侧边方向的激波啸叫主要是由大尺度旋涡与激波格栅尖梢相互作用而形成的弧形脉冲声波,而下游方向的激波啸叫噪声主要由马赫波辐射引起。实验探究了超声速射流激波格栅结构的非定常运动激发激波啸叫弧形脉冲波的过程,并采用高斯调制的弧形脉冲序列对激波啸叫噪声进行模拟。结果表明,激波啸叫弧形脉冲声波的离散性质以及多声源机制会导致高阶激波啸叫噪声的产生。

关键词：射流噪声矩形射流激波啸叫高速纹影

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轴向水不耦合装药结构爆破空气流场应力演化分析

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工程科学与技术 2024年

作者：王雁冰孔维文汪东宸杨柳郝宪杰中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

目的：研究不同轴向水不耦合形式对爆破效果的影响。方法：通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟，对轴向水不耦合结构在空气流场中起爆后冲击波的传播规律开展研究。以结构中装药段的位置作为变量设计了4种水不耦合形... 详细信息

目的：研究不同轴向水不耦合形式对爆破效果的影响。方法：通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟，对轴向水不耦合结构在空气流场中起爆后冲击波的传播规律开展研究。以结构中装药段的位置作为变量设计了4种水不耦合形式下的药包，通过纹影照片分析爆炸冲击波和爆生产物的波动变化，对比分析4种结构下冲击波的传播过程、速度变化、压力变化，并将数值模拟结果与纹影实验结果相结合，得到了炸药冲击波在空气流场中传播速度及压力的演化过程和在药包内部的压力分布规律。结果：轴向水不耦合结构爆炸的能量在垂直炮孔轴线方向上较沿炮孔轴线方向上更加集中，炸药起爆后产生冲击波以扁球形向空气流场中传播，爆生产物随冲击波向外传播并逐渐与其分离，且在垂直方向上的位移更远；轴向水不耦合装药结构的爆炸冲击波压力受传播路径上介质的影响，含水耦合的一侧冲击波压力峰值低，但在相同传播距离上衰减速度更慢，冲击波作用时间更长，使得该侧爆破作用影响范围更大。结论：轴向水不耦合结构中装药段位置会对爆破效果产生影响，装药段的孔壁压力远大于水介质段，远离装药段的孔壁压力峰值低，因此破坏范围主要在装药段产生，可以改变装药结构中炸药的段数、长度和位置来控制损伤的范围。

关键词：高速纹影轴向装药水不耦合孔壁压力 AUTODYN

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径向水耦合爆破爆轰波动效应分析

煤炭学报 2024年

作者：王雁冰孔维文汪东宸申有义冯阿建李杨郑文海中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院自然资源部矿业城市自然资源调查监测与保护重点实验室山西省煤炭地质物探测绘院有限公司

为研究不同水耦合系数及耦合形式对爆破效果的影响，通过理论推导和高速纹影实验并结合AUTODYN数值模拟，分析爆轰流场演化过程，推导得到了水介质耦合爆破时同心与偏心两种耦合形式的炮孔孔壁压力；设计了不同水耦合系数和耦合形式下的... 详细信息

为研究不同水耦合系数及耦合形式对爆破效果的影响，通过理论推导和高速纹影实验并结合AUTODYN数值模拟，分析爆轰流场演化过程，推导得到了水介质耦合爆破时同心与偏心两种耦合形式的炮孔孔壁压力；设计了不同水耦合系数和耦合形式下的5种药包，通过纹影实验并结合数值模拟得到了炸药内部的爆轰波动过程，对比分析5种情况下冲击波的压力变化、冲击波的传播及能量传递效率。结果表明：水耦合系数及耦合形式很大程度的影响了爆炸能量的传递效率，且存在最优不耦合系数，并不能一味地增大水不耦合系数。由于水耦合系数及耦合形式不同，冲击波传递到自由空气场中时蕴含的爆炸能量有所差别，进而影响峰值压力的大小。随着水耦合系数的增大炮孔孔壁压力先增大后减小，能量传递效率先减小后增大再减小；由于水介质的存在，水耦合装药爆破可以有效延长冲击波作用时间，提高能量传递效率；相比于同心水耦合装药形式，偏心水耦合装药存在明显的偏心应力场，可以显著提高耦合侧的孔壁峰值压力，减小能量的衰减效率，提高了能量利用率，耦合侧的爆破效果优于同心耦合时的爆破效果。研究成果对于水耦合装药爆破应用于边坡开挖、隧道周边爆破，改善爆破效果，具有一定的理论指导意义和参考价值。

关键词：高速纹影水耦合系数偏心水耦合孔壁压力能量传递 AUTODYN

爆炸冲击波和爆生气体的动态作用演化机制的实验与数值分析

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煤炭学报 2024年第S1期49卷 248-260页

作者：王雁冰孔维文左进京李林青吴宝杨陶志刚国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京科技大学土木与资源工程学院

在岩石爆破过程中，爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析，对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包，通过纹影照片直观地... 详细信息

在岩石爆破过程中，爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析，对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包，通过纹影照片直观地显示爆生产物的动态作用演化过程。对比分析5种情况下爆炸冲击波和爆生气体在流场中的波动变化，将数值模拟结果与纹影实验结果进行对比并反演了炸药内部爆轰波动过程。结果表明：爆炸冲击波与爆生气体一开始伴随扩展，并以起爆点为中心向外以球形传播。在传播过程中，爆炸冲击波与爆生气体逐渐分离，爆炸冲击波传播速度大于爆生气体的传播速度。在不同的装药结构情况下，爆炸冲击波和爆生气体的分离特征不同，分离的时间随药包外壳约束作用的增强而缩短。在不同的炸药类型情况下，爆炸冲击波和爆生气体的波动形态基本相同，但因炸药材料本身物理力学参数不同，所以爆炸冲击波和爆生气体传播过程中的速度和压力变化会有差异。当存在切口时，爆炸冲击波和爆生气体会优先从切口处向外传播，然后向其他方向进行绕流，切口方向的压力和速度都会变大，切口方向能量集中且管壁优先破坏，达到定向破坏的效果。数值模拟中爆炸冲击波和爆生气体的波动变化形态与纹影实验结果在形态上较为吻合。

关键词：爆炸冲击波爆生气体高速纹影动态演化 AUTODYN

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反射激波冲击单模界面的不稳定性实验研究

空气动力学学报 2022年第1期40卷 33-40页

作者：王宏辉丁举春司廷罗喜胜中国科学技术大学近代力学系合肥230026

激波诱导流体界面失稳问题广泛存在于惯性约束核聚变、超燃冲压发动机、武器内爆等工程应用中,相关研究具有重要意义。本文在改进的水平激波管中开展入射激波及其反射激波诱导单模气体界面失稳的实验研究,采用线约束肥皂膜技术生成较为... 详细信息

激波诱导流体界面失稳问题广泛存在于惯性约束核聚变、超燃冲压发动机、武器内爆等工程应用中,相关研究具有重要意义。本文在改进的水平激波管中开展入射激波及其反射激波诱导单模气体界面失稳的实验研究,采用线约束肥皂膜技术生成较为理想的空气/六氟化硫(air/SF;)单模气体界面,借助高速纹影技术捕捉激波冲击界面后的详细不稳定性演化过程,重点关注反射距离对不稳定性发展的影响(反射距离定义为初始界面和激波管尾端固壁的距离)。研究发现,在一定反射距离范围内,反射激波作用后的扰动增长率几乎为一个恒定值,与反射距离无关(即与反射激波作用前的扰动振幅及增长率无关),随着反射距离的进一步增大,扰动增长率降低。通过实验测量值与理论预测值的对比,发现Mikaelian模型和Charakhch’an模型(采用合适的经验系数)均能对反射激波作用界面后的扰动增长率给予有效预测,且这两种模型的经验系数都依赖于反射激波作用前的界面演化状态,如果反射距离的改变引起/(不引起)界面演化状态的变化,则需要/(不需要)改变经验系数的值。

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性激波单模界面反射距离高速纹影

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多电极等离子体合成射流激励器频率特性实验

航空动力学报 2023年

作者：高驰程李挺邓江革王晋魁北京航空航天大学能源与动力工程学院

为研究多电极等离子体合成射流激励器（ME-PSJA）的重频工作特性，实验使用微秒脉冲电源驱动ME-PSJA，实现了ME-PSJA的多脉冲工作模式。并通过电参数测量、高速纹影观测研究了不同激励频率下激励器的放电特性及流场特性。实验结果表明：... 详细信息

为研究多电极等离子体合成射流激励器（ME-PSJA）的重频工作特性，实验使用微秒脉冲电源驱动ME-PSJA，实现了ME-PSJA的多脉冲工作模式。并通过电参数测量、高速纹影观测研究了不同激励频率下激励器的放电特性及流场特性。实验结果表明：ME-PSJA完整放电通道建立所需时间小于2μs，实时响应频率大于1400Hz。当频率低于饱和频率时，提高频率可有效提高合成射流的时均动量与扩散范围，增强ME-PSJA的流动控制能力。当频率高于饱和频率时，ME-PSJA无法持续产生稳定射流，工作可靠性下降。

关键词：多电极等离子体合成射流激励器(ME-PSJA) 激励频率放电特性高速纹影流动控制

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支杆–钝体流场振荡试验研究及统计分析

实验流体力学 2023年

作者：王一帆秦启豪关瑞卿徐惊雷中国航发控制系统研究所南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室

针对超声速来流条件下支杆–钝体流场的非定常振荡现象，基于直连式风洞试验台与高速纹影测量系统，在Ma=2.2来流条件下对尖头支杆–钝体构型与气动圆顶支杆–钝体构型开展了试验研究，并对试验结果进行了统计分析。首先根据瞬态结果对... 详细信息

针对超声速来流条件下支杆–钝体流场的非定常振荡现象，基于直连式风洞试验台与高速纹影测量系统，在Ma=2.2来流条件下对尖头支杆–钝体构型与气动圆顶支杆–钝体构型开展了试验研究，并对试验结果进行了统计分析。首先根据瞬态结果对流场典型结构与演化历程进行了解释，随后通过残差收敛历程对统计结果的可靠性做出了评估，最后从时均流场和脉动流场两个方面进一步分析了流场的振荡特性。结果表明，超声速来流条件下的支杆–钝体流场存在着非定常的流场振荡现象，且在尖头支杆–钝体构型中更加剧烈，在气动圆顶支杆–钝体构型中有所衰减，证明了气动圆顶支杆对流场的非定常振荡具有抑制作用。

关键词：超声速支杆–钝体流场振荡高速纹影风洞试验

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半球形药型罩聚能装药侵彻金属靶板的研究

半球形药型罩聚能装药侵彻金属靶板的研究

作者：秦雨安徽理工大学

学位级别：硕士

聚能装药技术在军事以及民用中具有广泛的应用与研究,其中关于半球形聚能装药研究较少,了解半球形聚能装药对金属靶板的侵彻能力具有较高的研究价值。为了了解半球形聚能装药对钢、铜、铝靶板侵彻能力以及半球形聚能射流形成过程,通过... 详细信息

聚能装药技术在军事以及民用中具有广泛的应用与研究,其中关于半球形聚能装药研究较少,了解半球形聚能装药对金属靶板的侵彻能力具有较高的研究价值。为了了解半球形聚能装药对钢、铜、铝靶板侵彻能力以及半球形聚能射流形成过程,通过制备聚能装药,侵彻三种金属,并与数值仿真结果对比,最后对半球形药型罩聚能装药进行高速纹影研究,获得如下结论:(1)通过对比有无药型罩的聚能装药对金属靶板的破坏能力,发现有药型罩的装药结构对靶板的侵彻深度提高50%以上。通过对比不同炸高下半球形聚能装药对金属靶板侵彻结果,直径为15mm的半球聚能装药侵彻深度的最佳炸高为20mm,其中侵彻深度最深为20mm炸高侵彻铜靶板,侵彻深度达到16.34mm,当炸高大于40mm射流会发散。随着炸高增加,侵彻深度先增加后减小,侵彻孔径逐渐减小。(2)通过数值仿真可以得到,药型罩在炸药爆炸后的能量作用下,首先顶部受到挤压向前凸起形成射流头部,然后四周向中间聚拢提供射流所需质量,最后射流头部被不断拉伸形成细而长的金属射流。药型罩顶部靠近装药一侧会形成一块高压区压力可达到2.17×104MPa,并且药型罩四周向中间收拢,形成以高压区为中心,向外压力逐渐减小。金属射流成型过程中药型罩顶部向前凸起形成射流头部,射流头部到尾部速度呈现一定梯度,且射流头部速度最高可达5.45×103m/s。通过对比发现试验与仿真的结果具有较好的一致性。(3)通过高速纹影系统拍摄半球形聚能装药射流形成过程,与仿真计算模型金属射流形成过程基本吻合,通过高速相机拍摄的照片可推算出射流速度为4.8×103m/s。图[23]表[14]参[77]

关键词：聚能装药金属射流数值仿真高速纹影

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双开口压力振荡管波系运动的可视化实验研究

双开口压力振荡管波系运动的可视化实验研究

作者：郭江涛大连理工大学

学位级别：硕士

双开口气波制冷机具有制冷效率高、可带液工作的突出优势,与单开口气波制冷机相比,波转子四端口周期性边界条件使气波振荡管内波系运动更为复杂多变,在以往研究中均将其作为黑箱处理,仅以管道压力和进出口温度指标评价制冷效率。这对于... 详细信息

双开口气波制冷机具有制冷效率高、可带液工作的突出优势,与单开口气波制冷机相比,波转子四端口周期性边界条件使气波振荡管内波系运动更为复杂多变,在以往研究中均将其作为黑箱处理,仅以管道压力和进出口温度指标评价制冷效率。这对于气波制冷这一依靠波系运动行为实现能量传递的变革性技术来说,是远远不够的。本文依托“‘变革性技术关键科学问题’国家重点研发计划(2018YFA0704600),气波膨胀制冷新原理与关键技术”,重点对周期性边界条件下的气波振荡管内波系形成与动力学机理开展了实验研究,探索激波和接触面等复杂波系的反射、透射等交互作用规律;以及周期性三维固壁与开口混合边界激励下气波振荡管内响应特征,以期获得详细的气波振荡管内波系运动行为。本文主要研究工作与结论包括:(1)非接触式光学诊断实验平台的设计与实现。自主设计了一套以高速纹影为主要测量手段的双开口压力振荡管可视化测量平台,实现了双开口气波振荡管单管实验与双开口气波制冷机整机实验的解耦,通过非接触式光学测量技术捕获了振荡管内部复杂波系的运动形态。(2)大视场高速纹影新型实验方法的建立。创新性地提出了一种基于纹影技术的大视场拼接技术,使可视化观测突破纹影仪口径的限制瓶颈,获得了工业尺寸下双开口气波振荡管内完整的波系运动图像。结合长焦透镜的标定结果,对纹影图像进行深入计算分析,获得了振荡管内波系运动的密度梯度定量表达。并使用MATLAB编制了纹影图像合成-密度梯度定量计算联合处理程序,实现了实验数据的自动化处理。(3)基于上述实验平台与数据处理方法,研究了不同操作参数下气波振荡管内复杂波系的形成过程与运动机理,获得了气波振荡管内激波和接触面等复杂波系的波动规律,揭示了激波、膨胀波及其衍生波系对振荡管制冷过程的影响机制。实验结果表明,增加压比或转速均会提升激波马赫数。压比由1.5增至3时,激波速度与激波马赫数提升1.1至1.2倍,激波强度与膨胀波强度均显著增加,强化了对管口的膨胀过程。转速由800 rpm提升至2400 rpm时,膨胀波波系运动路径逐渐向管口方向弯曲,减缓了膨胀波在管口运动的速度,增加了膨胀波对管口的作用时间。(4)研究了不同操作参数下振荡管内激波成形的时间响应特性,实验发现激波成形时间受压比与转速的共同影响,压比越大、转速越快则激波成形的位置越靠近管口。为设计压力振荡管提供参考,可以通过提升压比或转速来缩短管长,为气波制冷机的轻量化设计奠定基础。

关键词：双开口压力振荡管波系运动可视化实验高速纹影