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液氮抽真空制冷的理论及试验

航空动力学报 2019年第9期34卷 1971-1976页

作者：陈振华张伟高荣陈万华赖欢宋远佳中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所

在考虑液氮总质量变化、储罐罐体热容的前提下,基于化学势温差,传热系数和传质系数等参数,详细建立了液氮降压制备过冷液氮的数学模型。理论计算的液氮温度及质量变化和制取过冷液氮试验值吻合较好,结果表明:该数学模型能准确描述液氮... 详细信息

在考虑液氮总质量变化、储罐罐体热容的前提下,基于化学势温差,传热系数和传质系数等参数,详细建立了液氮降压制备过冷液氮的数学模型。理论计算的液氮温度及质量变化和制取过冷液氮试验值吻合较好,结果表明:该数学模型能准确描述液氮相变过程,且获得了液氮抽真空制冷中相变传热的化学势温差为1.21K、传热系数为2 942.37W/(m2·K)及传质系数为0.004 4m/s。

关键词：抽真空制冷过冷液氮化学势温差传热系数传质系数

DSMC量子动理学模型在火星再入流动中的应用

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航空学报 2020年第7期41卷 137-146页

作者：李锦耿湘人陈坚强江定武李红喆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设备设计及测试技术研究所绵阳621000

为解决化学反应模型高温数据缺乏的难题,探索DSMC方法量子动理学(QK)模型在实际中的应用,本文将该模型进一步应用于火星探测器稀薄气动特性的数值预测。通过计算探路者号在85km、95km和110km高度的稀薄绕流,评估了QK模型的性能和稀薄气... 详细信息

为解决化学反应模型高温数据缺乏的难题,探索DSMC方法量子动理学(QK)模型在实际中的应用,本文将该模型进一步应用于火星探测器稀薄气动特性的数值预测。通过计算探路者号在85km、95km和110km高度的稀薄绕流,评估了QK模型的性能和稀薄气体效应的影响规律。结果表明,QK模型不依赖宏观的化学反应速率系数,适用于火星再入流动计算。化学反应及其模型对气动力的影响很小,但对气动热特性的影响不容忽略,考虑化学反应后的驻点热流可以下降约12%~14%。

关键词： DSMC方法量子动理学模型火星再入化学反应气动特性

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DSMC量子动理学化学反应模型的数值模拟

航空学报 2019年第4期40卷 126-133页

为评估直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法中新近发展的一种量子动理学(QK)化学反应模型,在自研高超声速稀薄气体流动数值模拟软件RariHV中实现该模型,并进行了单个绝热单元内的热泳平衡/非平衡反应测试。结果表明,数值解与理论解吻合良好,QK... 详细信息

为评估直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法中新近发展的一种量子动理学(QK)化学反应模型,在自研高超声速稀薄气体流动数值模拟软件RariHV中实现该模型,并进行了单个绝热单元内的热泳平衡/非平衡反应测试。结果表明,数值解与理论解吻合良好,QK模型具有很好的预测化学反应流动的能力。为进一步验证QK模型在真实流动中的表现,还计算了高超声速绕圆柱的化学反应流动,QK模型计算的驻点线上温度和组分分布都与总碰撞能(TCE)模型结果吻合良好。相较于TCE模型,QK模型的优势是不再依赖反应速率系数的实验数据,在深空探测等化学反应数据缺乏的领域具有一定的应用前景。

关键词：直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法化学反应高超声速流动量子动理学(QK)模型圆柱绕流

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基于热电偶的低速风洞气流温度误差补偿方法

仪器仪表学报 2022年第5期43卷 68-76页

作者：杨兆欣顾正华张文清曾星中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所绵阳621000

低速风洞气流温度数据质量是影响风洞流场品质的关键,针对热电偶测量导热误差和辐射误差补偿方法开展了专项研究。具体基于传热学基本原理,开展了基于热电偶丝浸入长度定值导热误差补偿方法、周围温度相对变化率定值辐射误差补偿方法研... 详细信息

低速风洞气流温度数据质量是影响风洞流场品质的关键,针对热电偶测量导热误差和辐射误差补偿方法开展了专项研究。具体基于传热学基本原理,开展了基于热电偶丝浸入长度定值导热误差补偿方法、周围温度相对变化率定值辐射误差补偿方法研究,得到了热电偶浸入长度和周围温度相对变化率与温度测试误差之间定量关系的仿真结果。为了对于误差机理分析和仿真结果进行验证,开展了风洞验证试验。试验结果表明:热电偶浸入误差实测结果与理论仿真结果基本一致,周围温度相对变化率ω所提方法对于气体介质条件下热电偶工程应用提供了有益探索和技术依据。

关键词：热电偶导热误差辐射误差气流温度

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基于激波原理的气体动态温度校准装置研究

仪器仪表学报 2022年第5期43卷 23-31页

作者：杨兆欣顾正华张文清曾星中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所绵阳621000

基于气体介质动态温度校准需求,研制了一套基于激波原理的气体动态温度校准装置。针对传统激波管产生激波持续时间短无法激励温度传感器的问题,通过改造传统激波管结构,实现了激波过程后稳态温度气体持续流动,克服了传感器有效激励问题... 详细信息

基于气体介质动态温度校准需求,研制了一套基于激波原理的气体动态温度校准装置。针对传统激波管产生激波持续时间短无法激励温度传感器的问题,通过改造传统激波管结构,实现了激波过程后稳态温度气体持续流动,克服了传感器有效激励问题。为了实现快速响应温度传感器的高质量动态校准,通过激波过程温度幅值补偿研究,减小了温度幅值不稳定对于动态校准结果的影响。此外,通过激波非定常边界层对于温度的影响分析,得到了忽略温度随壁面参数变化的条件,提高了激励信号发生的可靠性。最后,基于试验手段对于校准装置的可溯源性进行了分析和验证,试验结果表明所研制的气体动态温度校准装置可以产生阶跃上升时间为1.6 ms,稳态幅值为320℃,持续时间为40 s的动态温度激励信号,基本满足温度传感器动态校准需求。

关键词：动态温度校准装置激波管气体介质

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高速气流总温探针恢复特性评估技术研究

仪器仪表学报 2021年第8期42卷 122-129页

作者：杨兆欣顾正华张文清中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所绵阳621000

总温测试精度是风洞测试与控制系统的关键指标,技术指标可高达0.1℃。实现该指标主要考虑高速气流造成的总温测试速度误差。为了实现总温探针性能的可靠评估和测试误差高精度补偿,设计了一种双层滞止罩总温探针,提出了总温探针恢复系数... 详细信息

总温测试精度是风洞测试与控制系统的关键指标,技术指标可高达0.1℃。实现该指标主要考虑高速气流造成的总温测试速度误差。为了实现总温探针性能的可靠评估和测试误差高精度补偿,设计了一种双层滞止罩总温探针,提出了总温探针恢复系数估计方法,并在引导试验风洞上开展了验证试验。试验结果表明:所设计的双层滞止罩探针比传统总温探针受流场干扰更小、具有更稳定的测试性能,所提出的总温恢复系数估计方法可以有效补偿高速气流造成的速度误差,其中常规总温探针恢复系数评估方法比现行工程方法补偿精度可提高8倍。研究结果可以在空气动力学地面试验设备推广应用,为风洞温度测试技术的进步奠定坚实的技术基础。

关键词：气流总温高速气流精细化测试速度误差

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热电偶级联系统动态性能评估方法研究

仪器仪表学报 2020年第11期41卷 74-81页

作者：杨兆欣顾正华曾星梁杰张文清中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所绵阳621000

为了在缺乏激励信号先验知识的情况下实现热电偶动态性能的精确评估,提出一种由3只不同偶丝直径热电偶组成的级联式温度测试系统的时间常数评估方法。该方法基于总体最小二乘Tikhonov正则化算法对热电偶级联系统数学模型进行辨识及时间... 详细信息

为了在缺乏激励信号先验知识的情况下实现热电偶动态性能的精确评估,提出一种由3只不同偶丝直径热电偶组成的级联式温度测试系统的时间常数评估方法。该方法基于总体最小二乘Tikhonov正则化算法对热电偶级联系统数学模型进行辨识及时间常数解算。对于热电偶偶丝直径较为接近的测试系统,基于奇异值分解进行正则化方法优化,可以避免热电偶信息矩阵共线性造成的时间常数病态估计,有效拓展了该方法的适用性。通过数值仿真进行了理论验证,并在一种气体温度动态校准装置中进行了实验验证,结果表明奇异值分解正则化时间常数估计方法相比总体最小二乘Tikhonov正则化算法和普通最小二乘算法,辨识精度分别至少提高了75%和3.5倍,证明了该方法的有效性。

关键词：热电偶时间常数级联系统正则化方法

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基于自发辐射光谱的超声速流场测速技术

光谱学与光谱分析 2021年第6期41卷 1745-1750页

作者：齐新华陈力闫博母金河陈爽周江宁中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所四川绵阳621000

等离子体状态参数测量是研究等离子体特性,开展等离子体模拟再入环境、等离子体隐身、等离子体减阻以及边界层控制等研究的重要基础。利用等离子体射流的自发辐射光谱,提出了一种基于光学多普勒频移效应的等离子体超声速射流测速的方法... 详细信息

等离子体状态参数测量是研究等离子体特性,开展等离子体模拟再入环境、等离子体隐身、等离子体减阻以及边界层控制等研究的重要基础。利用等离子体射流的自发辐射光谱,提出了一种基于光学多普勒频移效应的等离子体超声速射流测速的方法。首先,测量了等离子体中Ar原子产生的自发辐射光谱,选择696.54 nm的特征谱线,作为等离子体发生器测速实验的运动光源;其次,使用光谱仪、传能光纤、EMCCD相机和高光谱分辨法布里-珀罗(F-P)干涉仪,设计了高温等离子体速度测量光路;最后,在氩壁稳电弧等离子体发生器上,开展了超声速射流速度测量实验。实验中,同一测点的Ar原子产生的自发辐射光谱,分别被与等离子体射流运动方向成49°和90°夹角的收集透镜收集进入光谱仪,经光谱仪分光后仅保留特征谱线696.54 nm附近自发辐射光进入传能光纤,从而消除其他波长的自发辐射光的影响;光谱仪输出的特征辐射光谱,经光纤传输及透镜整形成平行光后,精细度30、自由光谱范围6.6 GHz的F-P干涉仪,形成多光束干涉圆环,并由EMCCD相机采集,实现对特征谱线的超高精度分辨;根据多普勒原理,不同角度收集的同一测点处Ar 696.54 nm特征谱线的频移将有所不同,EMCCD采集的干涉圆环半径也将不同,通过测量同一级次不同收集方向特征谱线形成的干涉圆环半径改变量,可测得高温等离子体射流流动速度。针对同一喷管开展了两车对比试验,实验测得两车射流轴向速度分别为791和783 m·s^(-1),具有较好的重复性。结果表明基于多普勒效应,利用高温气体自发辐射光谱,结合高光谱分辨F-P干涉仪,能够实现高温等离子体射流速度的精确测量,该方法属于非接触测量,不干扰流场,尤其适用于传统传感器难以应用的高温流场测量。

关键词：自发辐射光谱瑞利散射速度

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多轴联动的风洞变角度机构同步协调控制

控制理论与应用 2020年第5期37卷 1063-1068页

作者：田昊张永双卢翔宇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 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所四川绵阳621000

为解决风洞尾撑变角度机构运动过程中多轴之间的同步协调控制问题,本文提出了一种结合并行控制和交叉耦合控制的同步控制方法.首先,将并行控制应用于多轴联动控制中,根据前后侧滑轴定位时间一致以及速度变化时间一致的原则,开展了提高... 详细信息

为解决风洞尾撑变角度机构运动过程中多轴之间的同步协调控制问题,本文提出了一种结合并行控制和交叉耦合控制的同步控制方法.首先,将并行控制应用于多轴联动控制中,根据前后侧滑轴定位时间一致以及速度变化时间一致的原则,开展了提高多轴同步性能的研究.然后,采用了基于同步误差传递函数的交叉耦合控制方法,对并行控制给定的运动参数进行修正补偿.最后,通过机构运动进行了实验验证,实验结果表明该控制方法可有效减小横向同步误差,提高同步性能,满足风洞试验控制要求.该方法也为类似机构的同步控制提供了参考.

关键词：多轴联动同步协调控制并行控制交叉耦合控制同步误差