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正弦交流介质阻挡放电等离子体激励器诱导流场研究的进展与展望

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力学学报 2023年第2期55卷 285-298页

作者：张鑫王勋年中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所四川绵阳621000

正弦交流介质阻挡放电等离子体流动控制技术是基于等离子体激励的主动流动控制技术,具有响应时间短、结构简单、能耗低、不需要额外气源装置等优点,在飞行器增升减阻、抑振降噪、助燃防冰等方面具有广阔的应用前景.针对“激励器消耗的... 详细信息

正弦交流介质阻挡放电等离子体流动控制技术是基于等离子体激励的主动流动控制技术,具有响应时间短、结构简单、能耗低、不需要额外气源装置等优点,在飞行器增升减阻、抑振降噪、助燃防冰等方面具有广阔的应用前景.针对“激励器消耗的大部分能量尚未被挖掘利用、诱导流场的完整演化过程尚未完全掌握、诱导流场的演化机制尚不明确”这三方面问题,本文首先从激励器诱导流场的空间结构、时空演化过程、演化机制三个方面回顾总结了激励器诱导流场的研究进展.在诱导流场空间结构方面,发现了高电压激励下诱导射流的湍流特性,辨析了壁面拟序结构与无量纲激励参数之间的关联机制;从激励器诱导声能方面挖掘出了激励器潜在的能量,发现了“等离子体诱导超声波与诱导声流”的新现象,提出了声激励机制;在时空演化过程方面,阐明了激励器诱导流场从薄型壁射流发展为“拱形”射流、再演变为启动涡,最终形成准定常射流的完整演化过程;在演化机制方面,结合声学特性提出了以“升推”为主的诱导流场演化机制.其次,围绕激励器诱导流场,进一步凝练出下一步研究重点,为突破等离子体流动控制技术瓶颈,打通“概念创新—技术突破—演示验证”的创新链路,实现工程应用提供支撑.

关键词：等离子体流动控制介质阻挡放电诱导流场声流

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边界层吸入对方转圆进气道、风扇耦合影响

航空动力学报 2020年第9期35卷 1943-1953页

作者：魏巍任思源达兴亚中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所四川绵阳621000

针对方转圆S弯进气道及风扇部件吸入进口边界层的影响问题,采用定常与非定常CFD数值模拟方法模拟并分析了进口吸入不同高度边界层时进气道、风扇部件的总体特性和流场特征,数值结果表明:随着进口边界层吸入厚度增加,进气道出口稳态周向... 详细信息

针对方转圆S弯进气道及风扇部件吸入进口边界层的影响问题,采用定常与非定常CFD数值模拟方法模拟并分析了进口吸入不同高度边界层时进气道、风扇部件的总体特性和流场特征,数值结果表明:随着进口边界层吸入厚度增加,进气道出口稳态周向总压畸变指数增大,风扇进口畸变区总压亏损增加、流量系数降低、相对气流角增大。但畸变区范围没有明显增加,进气道和风扇总体性能受进口边界层增厚影响不明显。受风扇增压作用影响,出口气流参数沿周向的畸变度得到有效削弱。

关键词：进气道和风扇一体化分布式推进 S弯进气道跨声速风扇边界层吸入

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分离流状态下单边膨胀喷管内激波反射特性

航空动力学报 2023年第9期38卷 2279-2287页

作者：李耀华李建强何成军苗磊梁锦敏高荣钊中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

在单边膨胀喷管(SERN)内流动分离状态下,综合采用试验和数值模拟手段对喷管内激波反射特性进行研究,分析了单边膨胀喷管内激波反射结构,对比了不同激波反射模式下的流动分离特性。结果表明:喷管落压比(NPR)由3.06向5.07变化的过程中,喷... 详细信息

在单边膨胀喷管(SERN)内流动分离状态下,综合采用试验和数值模拟手段对喷管内激波反射特性进行研究,分析了单边膨胀喷管内激波反射结构,对比了不同激波反射模式下的流动分离特性。结果表明:喷管落压比(NPR)由3.06向5.07变化的过程中,喷管内激波反射由马赫反射(MR)向规则反射(RR)转换,喷管上、下壁面非对称导致MR具有明显非对称特征;通过激波极曲线理论分析非对称MR形成机制,马赫杆上游垂直流向方向的压力梯度是非对称MR形成的根源;振荡NPR条件下,在一个完整周期内,激波反射未出现明显迟滞现象,但激波运动位置变化存在明显的迟滞效应,NPR上升下降过程中激波位置的差量随振荡频率增大而增大,较低(或较高)频振荡NPR条件下激波位置振荡幅值较大(或较小)。

关键词：单边膨胀喷管(SERN) 激波反射马赫反射(MR) 规则反射(RR) 喷管落压比(NPR) 激波位置迟滞现象

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极高超声速稀薄气体原子辐射效应的p-DSMC方法

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力学学报 2022年第7期54卷 1943-1951页

作者：杨全顺方明李埌全粟斯尧杨彦广中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

极高超声速流动激波层内的高温导致内能模态的激发并伴随热辐射发生,过高的温度使得空气分子完全解离,原子组分对辐射热的贡献将达到80%以上.本文基于优化的原子辐射模型,提出追踪光子-直接模拟蒙特卡罗(p-DSMC)方法,研究了稀薄流区不... 详细信息

极高超声速流动激波层内的高温导致内能模态的激发并伴随热辐射发生,过高的温度使得空气分子完全解离,原子组分对辐射热的贡献将达到80%以上.本文基于优化的原子辐射模型,提出追踪光子-直接模拟蒙特卡罗(p-DSMC)方法,研究了稀薄流区不同马赫数下的高超声速二维圆柱绕流的壁面辐射加热,获得了有无激发辐射效应的壁面压力和热流以及沿驻点线变化的平动、振动和转动温度.在不考虑激发辐射效应的情况下,得到的壁面压力和热流与已有的模拟结果符合的非常好,误差均在5%以内,尤其是在驻点位置,误差在1%以内;获得的平动、振动以及转动温度均与文献结果符合的很好.在相同的来流条件下,考虑辐射效应后发现,来流速度低于10 km/s时,辐射加热不明显,在驻点区域,辐射加热占对流加热比重在7%左右;来流速度大于10 km/s时,在驻点区域,辐射加热占对流加热比重将超过30%.考虑辐射效应后,对非平衡区的平动、转动和振动温度的最大值影响不大.此外,另一个重要结论是,流场中原子的浓度是影响壁面辐射热流大小的一个重要因素.

关键词：极高超声速辐射效应 DSMC方法光子追踪气动加热

一种新的USED CARS相位匹配实现技术

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光谱学与光谱分析 2015年第5期35卷 1424-1427页

作者：李仁兵苏铁张龙陈力陈爽刘亭序中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

相位匹配是相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温的关键技术之一,针对现有非稳腔空间增强探测(USED)相位匹配方式中存在的背景辐射大、光路调试不灵活以及斯托克斯光利用率低的不足,提出了一种新的USED CARS相位匹配实现方案:即设计一个与... 详细信息

相位匹配是相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)测温的关键技术之一,针对现有非稳腔空间增强探测(USED)相位匹配方式中存在的背景辐射大、光路调试不灵活以及斯托克斯光利用率低的不足,提出了一种新的USED CARS相位匹配实现方案:即设计一个与斯托克斯光斑大小相当、呈45°斜角的斜反镜,用于反射全部斯托克斯光,并以斜反镜代替传统USED CARS中的环反镜,让泵浦光从斜反镜后方射入,从而形成USED相位匹配方式。新的USED CARS相位匹配方案中:由于斜反镜面积相对于环反镜大为减小,使得因反射而进入光路的背景辐射大幅降低;斜反镜本身可作为光路调节元件,因而增加了光路调试灵活度;斯托克斯光被斜反镜全部反射用于产生CARS信号,提高了其利用效率。基于平面火焰炉稳态火焰开展的测温实验结果表明:新的USED CARS相位匹配方案不但克服了传统USED CARS中存在的不足,而且具有更小的标准差,是一种更为有效的相位匹配方法。

关键词：相干反斯托克斯拉曼散射相位匹配光谱诊断

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高马赫数内埋武器舱被动流动控制措施

北京航空航天大学学报 2023年第11期49卷 2913-2920页

作者：张培红陈洪杨张杰罗磊周方奇贾洪印中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所绵阳621002

高马赫数(Ma>2)武器舱剪切层更强、更稳定,其噪声产生机制与通常的亚、跨、超声速武器舱流动不同,导致用来抑制空腔噪声的流动控制措施也不同。分别采用数值模拟和风洞试验2种手段,研究了圆柱形机身和马赫数对空腔流动特性的影响,以及... 详细信息

高马赫数(Ma>2)武器舱剪切层更强、更稳定,其噪声产生机制与通常的亚、跨、超声速武器舱流动不同,导致用来抑制空腔噪声的流动控制措施也不同。分别采用数值模拟和风洞试验2种手段,研究了圆柱形机身和马赫数对空腔流动特性的影响,以及前缘锯齿、前缘立柱、前缘横柱、前缘挡板等不同被动流动控制措施对高马赫数武器舱声压级特性的影响,为高马赫数武器舱的流动控制措施设计和研究提供参考。研究表明:圆柱形机身对空腔底部的压力分布会产生影响,压力分布的不均匀性增大,后壁附近的压力峰值增大;对通常的亚、跨、超声速武器舱流动较为有效的被动流动控制措施,对高马赫数空腔流动效果不明显,甚至会加大武器舱内的噪声等级,需要开展更为深入的研究,以设计更为有效的流动控制措施。

关键词：武器舱数值模拟风洞试验流动控制声压级

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用于多级压气机非定常流动的谐波平衡方法研究

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推进技术 2017年第11期38卷 2512-2521页

作者：王子维范召林江雄陈逖中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心科技部四川绵阳621000

为了在保证计算精度的同时,进一步提高压气机流动非定常模拟的计算效率,在课题组自行开发的结构化有限体积解算器上实现了谐波平衡法。以1-1/2级轴流压气机为研究对象,采用谐波平衡法和相滞后法对其非定常流场进行了数值模拟,并采用谐... 详细信息

为了在保证计算精度的同时,进一步提高压气机流动非定常模拟的计算效率,在课题组自行开发的结构化有限体积解算器上实现了谐波平衡法。以1-1/2级轴流压气机为研究对象,采用谐波平衡法和相滞后法对其非定常流场进行了数值模拟,并采用谐波平衡法对该压气机的时序效应进行了初步研究。计算表明,随着谐波阶数的增加,谐波平衡法的计算结果逐渐接近于相滞后法的计算结果;在谐波阶数达到5阶以后,谐波平衡法的计算结果不再随谐波阶数的增加而变化,且与相滞后法的计算结果匹配;谐波平衡法在保证与相滞后法相同的计算精度的情况下,计算效率相比相滞后法高了近3倍;5阶谐波平衡法即可很好地模拟入口导叶-静叶时序效应。算例表明,谐波平衡法相比相滞后法具有更多的选择空间和更高的计算效率。

关键词：轴流压气机非定常流动谐波平衡法相滞后法

高速模型尾迹流场及其电磁散射特性相似性实验研究

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物理学报 2017年第10期66卷 51-60页

作者：马平石安华杨益兼于哲峰梁世昌黄洁中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

高速目标再入大气层或在临近空间飞行时,空气电离形成的等离子体鞘套和尾迹对目标的雷达散射特性会产生影响.为了研究不同模型尾迹流场及其电磁散射特性规律和相似性,以氧化铝球模型为研究对象,在弹道靶设备上开展了双尺度参数相同的条... 详细信息

高速目标再入大气层或在临近空间飞行时,空气电离形成的等离子体鞘套和尾迹对目标的雷达散射特性会产生影响.为了研究不同模型尾迹流场及其电磁散射特性规律和相似性,以氧化铝球模型为研究对象,在弹道靶设备上开展了双尺度参数相同的条件下高速球模型尾迹流场及其电磁散射相似性实验研究.由二级轻气炮发射模型,模型直径分别为8.0、10.0、12.0、15.0 mm,速度约6 km/s,靶室压力分别为6.3,5.0,4.2,3.3 k Pa,采用阴影照相系统测量模型激波脱体距离、电子密度测量系统测量模型尾迹的电子密度分布、X波段单站雷达系统测量在视角为40?的模型及流场的雷达散射截面(RCS)分布.实验结果表明:在速度不变、双尺度参数相同的条件下,随着模型尺寸的增加,激波脱体距离逐渐增加,激波脱体距离与模型直径之比近似相同;不同模型尾迹电子密度测量曲线的趋势和数量级一致,表明不同模型的尾迹流场适用于双缩尺律;不同尺寸模型尾迹的总体RCS与分布RCS均不相同,表明不同模型尾迹的电磁散射不适用于二元缩尺律;高速球模型全目标电磁散射能量分布在模型及其绕流区域、等离子体尾迹区域;高速球模型全目标电磁散射能量在模型及绕流场区域出现1个强散射中心,在模型湍流尾迹区域出现多个散射中心;高速球模型尾迹的RCS测量信号呈现随机性分布特性,幅度脉动和频率脉动均没有周期性;随着模型尺寸的增加,模型尾迹的总体RCS增加,尾迹脉动频率的变化范围减小.

关键词：等离子体尾迹流场电磁散射相似性

基于转置卷积神经网络的翼型结冰冰形图像化预测方法

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国防科技大学学报 2021年第3期43卷 98-106页

作者：何磊钱炜祺易贤王强张显才中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所四川绵阳621000

结冰问题严重影响飞机飞行安全,结冰智能预测是飞机智能防除冰系统设计和安全设计的重要依据和支撑。为解决复杂冰形在翼面同一位置的法线方向冰形厚度存在多值的问题,提出基于转置卷积神经网络的翼型结冰冰形图像化预测方法。设计预测... 详细信息

结冰问题严重影响飞机飞行安全,结冰智能预测是飞机智能防除冰系统设计和安全设计的重要依据和支撑。为解决复杂冰形在翼面同一位置的法线方向冰形厚度存在多值的问题,提出基于转置卷积神经网络的翼型结冰冰形图像化预测方法。设计预测模型的神经网络结构、损失函数、数据规范等,直接将影响飞机结冰的飞行和大气条件作为输入,以灰度化的冰形图像作为输出。基于NACA0012翼型,通过数值模拟方法生成冰形数据集,同时利用风洞试验结果对数值模拟方法进行验证,以确保生成数据的可信度。构建以飞行速度、温度、液态水含量、平均水微滴直径和结冰时长5项参数作为输入的预测模型,并进行仿真训练和验证。仿真结果表明:所提翼型结冰预测模型不仅能够快速预测翼型冰形,而且在冰体轮廓、结冰上下极限、冰角位置、结冰厚度等主要特征方面也与数值计算结果符合较好。

关键词：冰形结冰机器学习深度学习神经网络翼型预测