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高超声速条件下凸曲率壁面混合层的流动演化

物理学报 2024年第10期73卷 237-245页

作者：张震易仕和刘小林陈世康张臻国防科技大学空天科学学院长沙410073

随着高超声速飞行器的不断更新换代,对成像窗口提出了新的设计要求,即共形窗口以提高气动特性,这要求在超声速气膜和光学窗口需要与飞行器机身保持相同的曲率外形.在马赫数Ma=6高超声速静风洞中开展了凸曲率壁面(CV)混合层稳定性研究.... 详细信息

随着高超声速飞行器的不断更新换代,对成像窗口提出了新的设计要求,即共形窗口以提高气动特性,这要求在超声速气膜和光学窗口需要与飞行器机身保持相同的曲率外形.在马赫数Ma=6高超声速静风洞中开展了凸曲率壁面(CV)混合层稳定性研究.采用基于纳米粒子的平面激光散射技术捕获到混合层流场结构,结合分形维数对混合层失稳规律进行研究.使用数值模拟技术得到了压力、压缩冲量(I_(p))沿流向演化结果.结果表明:随着来流总压(P_(0))的增大,静压比(RSP)减小,混合层失稳位置延迟,典型涡结构移动速度增大.CV壁面由于顺压梯度的存在使得压力沿流向下降,沿壁面切向的超声速气膜处于工作状态时,可以提升壁面压力,随着P_0增大,RSP随之降低,提升效果下降;流动受到CV的膨胀效应影响,Ip沿流向下降,超声速气膜可以削弱CV上的膨胀效应从而抑制Ip的下降;压缩冲量的变化率△I_(p)受P_(0)影响显著,在弯曲冲量|I_Φ|=0.191—3.624内,当P_(0)=0.5 MPa,△I_(p)从178.67%降至12.02%;当P_(0)=1.0 MPa,△I_(p)从40.38%降至5.64%.△I_(p)随|I_Φ|增大而降低,随着P_(0)增大,降低幅度减小.结果揭示凸曲率影响下的高超声速混合层流动演化规律,对高超声速飞行器实现气动减阻与防热特性的外形设计提供一定参考.

关键词：高超声速混合层分形维数压缩冲量

化学气相沉积HfO_(2)涂层的制备及性能

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材料工程 2024年第5期52卷 67-75页

作者：何锐朋朱利安王震叶益聪李顺唐宇白书欣国防科技大学空天科学学院长沙410073

采用化学气相沉积(CVD)法在难熔金属Mo表面制备厚约8μm的HfO_(2)涂层。通过HSC Chemistry软件从热力学角度探究CVD HfO_(2)的反应过程,分析HfO_(2)涂层的微观形貌、择优生长情况和纳米力学性能,测试涂层与基体的结合力及抗热震性。结... 详细信息

采用化学气相沉积(CVD)法在难熔金属Mo表面制备厚约8μm的HfO_(2)涂层。通过HSC Chemistry软件从热力学角度探究CVD HfO_(2)的反应过程,分析HfO_(2)涂层的微观形貌、择优生长情况和纳米力学性能,测试涂层与基体的结合力及抗热震性。结果表明:HfO_(2)涂层与基体结合良好,在经历25~2000℃,100次循环热震后涂层表面未出现宏观剥落;划痕法测定的涂层附着力约23 N;在2.5~5μm波段,涂层表面平均发射率为0.48,将Mo在该波段的平均发射率提高了近5倍。

关键词：化学气相沉积氧化铪涂层热力学计算发射率抗热震性

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采用态-态模型的高温空气非平衡喷管流数值研究

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力学学报 2024年第5期56卷 1377-1394页

作者：王辉曾明段欣葵王东方刘伟国防科技大学空天科学学院长沙410073

采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组... 详细信息

采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组元,共157个组元.对未见公开文献给出速率系数的分子能级跃迁过程,综合振动能方程松弛时间和其他类似微观过程跃迁速率系数进行折算.计算结果表明,喷管喉道前流动接近平衡,喉道后出现非平衡,喉道下游不远处发生化学组元质量分数、较低振动能级分子数和表征振动能的振动温度的冻结,N_(2)的振动温度冻结较NO和O_(2)早,冻结值也更高;对振动能级跃迁起主导作用的微观机制是平动-振动能量交换(VT)过程,复合反应生成的分子更多位于中等振动能级;喷管非平衡和冻结区域分子能级分布偏离振动温度下的玻尔兹曼分布,高能级出现过分布;提高驻室总压能够降低喷管流动非平衡程度,推迟热化学冻结发生.

关键词：热化学非平衡态-态模型振动能级分布喷管流动高焓风洞

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用于航天器耦合微振动分析的修正动质量法

振动与冲击 2024年第5期43卷 283-291页

作者：柴江帅罗青国防科技大学空天科学学院长沙410073

针对航天器的微振动耦合问题,分别通过动力学平衡方程、动质量法和机械阻抗理论推导建立了微振动源与支撑结构的耦合传递模型,并对比分析了传统动质量法的适用范围。研究表明传统动质量法会对低频范围内耦合特性分析带来较大误差,且适... 详细信息

针对航天器的微振动耦合问题,分别通过动力学平衡方程、动质量法和机械阻抗理论推导建立了微振动源与支撑结构的耦合传递模型,并对比分析了传统动质量法的适用范围。研究表明传统动质量法会对低频范围内耦合特性分析带来较大误差,且适用于微振动源质量远小于支撑结构的情况。在此基础上,提出了基于机械阻抗理论的修正动质量理论方法,并据此建立了反作用飞轮与航天器平台结构的耦合动力学模型,重点给出了采用修正动质量法对陀螺效应的处理方式。利用所建模型,仿真分析了反作用飞轮微振动对航天器平台结构动态影响,以及陀螺效应对系统动态特性的影响规律。所提出的修正动质量法可为航天器耦合微振动分析及地面微振动测试的开展提供理论参考。

关键词：航天器微振动动力学耦合修正动质量法机械阻抗陀螺效应

“以学生为中心”的融合式培育实践研究--以国防科技大学电子科学学院为例

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工业和信息化教育 2022年第11期 1-3,16页

作者：龚广伟黄春琳许可丁浩邵恒国防科技大学电子科学学院湖南长沙415000

培养兼具理论知识和创新实践能力的人才是我国军事院校的历史使命,文章介绍了国防科技大学电子科学学院“以学生为中心”的创新实践培育体系的架构组成,该体系集竞赛驱动、平台支撑、模式改革、师资队伍为一体,着重激发学生兴趣,实现科... 详细信息

培养兼具理论知识和创新实践能力的人才是我国军事院校的历史使命,文章介绍了国防科技大学电子科学学院“以学生为中心”的创新实践培育体系的架构组成,该体系集竞赛驱动、平台支撑、模式改革、师资队伍为一体,着重激发学生兴趣,实现科技能力与创新能力的培养,在学科竞赛、优秀论文等方面取得了丰硕成果,为院校教育改革提供了有实际指导价值的范例。

关键词：以学生为中心创新实践培育体系新型军事人才

燃烧室前缘扩张角对旋转爆震冲压发动机的影响

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国防科技大学学报 2024年第2期46卷 86-93页

作者：王光宇刘卫东刘世杰彭皓阳张海龙国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

针对圆柱形隔离段-燃烧室构型的旋转爆震冲压发动机,开展了总温为860 K、马赫数为2的来流条件下的直连式试验,探讨了燃烧室前缘扩张角(θ=30°,45°,60°,90°)对爆震波传播特性、工况范围及压力分布的影响。结果表明:当燃烧室前缘扩张... 详细信息

针对圆柱形隔离段-燃烧室构型的旋转爆震冲压发动机,开展了总温为860 K、马赫数为2的来流条件下的直连式试验,探讨了燃烧室前缘扩张角(θ=30°,45°,60°,90°)对爆震波传播特性、工况范围及压力分布的影响。结果表明:当燃烧室前缘扩张角为90°时,燃烧模态均为爆燃燃烧;随着扩张角的减小,燃烧模态将会向锯齿波和混合模态(包含单波阶段)转换。当燃烧室前缘扩张角为30°时,旋转爆震的自持工况范围最宽且燃烧室压力最高;同时,随着燃烧室前缘扩张角减小,实现混合模态的当量比下限降低。此外,分析了燃烧模态对来流的影响,发现:锯齿波/混合模态燃烧室内存在的周期性高频压力扰动会使隔离段内的激波串位置前移;混合模态对超声速来流的影响最为显著。

关键词：旋转爆震冲压发动机圆柱形隔离段-燃烧室前缘扩张角激波串位置工况范围

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导弹命中精度的序贯截尾概率圆检验方法

国防科技大学学报 2024年第2期46卷 62-69页

作者：杨华波张士峰国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

针对圆概率偏差检验难以直接计算的问题,提出序贯截尾概率圆检验方法,以目标点为中心,绘制两个同心圆,其中小圆以内区域为接受域,大圆以外区域为拒绝域,中间区域为继续试验域,在此基础上定义了序贯检验的基本决策规则,给出了双方风险及... 详细信息

针对圆概率偏差检验难以直接计算的问题,提出序贯截尾概率圆检验方法,以目标点为中心,绘制两个同心圆,其中小圆以内区域为接受域,大圆以外区域为拒绝域,中间区域为继续试验域,在此基础上定义了序贯检验的基本决策规则,给出了双方风险及平均试验次数计算模型,提出了两种不同的决策阈值优化计算模型,通过求解优化问题确定接受域及拒绝域半径。利用数值仿真分析了两种不同决策阈值计算方法下检验方案中的各类参数,其中以平均试验次数最小为优化目标的计算模型具有更好的工程实用性。

关键词：命中精度圆概率偏差序贯截尾概率圆检验研制方风险使用方风险平均试验次数

稀薄气体动理论中介观尺度数值模拟的加速方法

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国防科技大学学报 2024年第2期46卷 70-78页

作者：杨伟奇国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

针对滑移流、早期过渡流区域采用离散速度法(discrete velocity method,DVM)求解Boltzmann方程收敛速度极慢、计算资源消耗大的难题,提出全流场耦合介观/宏观方程加速方法。在介观层面基于有限差分的DVM求解Boltzmann方程,在宏观层面基... 详细信息

针对滑移流、早期过渡流区域采用离散速度法(discrete velocity method,DVM)求解Boltzmann方程收敛速度极慢、计算资源消耗大的难题,提出全流场耦合介观/宏观方程加速方法。在介观层面基于有限差分的DVM求解Boltzmann方程,在宏观层面基于有限体积的压力耦合方程组半隐式方法求解矩方程,充分利用纳维-斯托克斯-傅里叶/R26矩方程在低克努森数下的快速收敛特性,对介观方程进行加速。基于高阶Hermite多项式重构分布函数,完成宏观方程与介观方程之间的数据传输。仿真结果表明:全流场耦合介观/宏观方程的加速方法在滑移流、早期过渡流区域具有显著加速性能,最大降低了95.28%的计算时长;但对中、大克努森数流域,加速性能大幅度下降。

关键词：稀薄气体 Boltzmann方程离散速度法 R26矩方法加速方法

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空间目标远距离磁控方法及应用分析

系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 261-270页

作者：赵宏亮张元文杨乐平黄涣马天国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

星间电磁力/力矩作用相对于传统航天器操控方式,具有不消耗推进剂、无羽流污染、可控能力强等优势。因此,在交会对接、编队集群、失效卫星消旋等方面得到了广泛关注。然而,电磁力/力矩的数值与场源作用距离的3到4次方成反比,导致电磁力... 详细信息

星间电磁力/力矩作用相对于传统航天器操控方式,具有不消耗推进剂、无羽流污染、可控能力强等优势。因此,在交会对接、编队集群、失效卫星消旋等方面得到了广泛关注。然而,电磁力/力矩的数值与场源作用距离的3到4次方成反比,导致电磁力/力矩的有效作用空间有限。磁化同轴枪强流脉冲放电装置可产生高传输速度(~1000 km/s)、高电子密度(~10^(16)cm^(-3))、高能量密度(~1 MJ/m^(2))、具有球马克位形的等离子体环,且等离子体环的放电电流可产生强度可观的环向磁场和极向磁场(~1 T)。此外,等离子体环的生成和输运环境与空间真空环境高度契合。基于磁化同轴枪生成具有球马克位形的等离子体环并将等离子体环所携带磁场远距投送的新型磁控方式,本文研究可控等离子体环远距投送对空间目标的磁控能力以及对空间目标消旋/回收的应用潜力等,并通过初步仿真算例予以验证结论的正确性。

关键词：等离子体环磁场冻结空间目标磁控操控能力创新应用