高超声速流动中电子密度测量方法和应用研究
批准号:
11402275
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
汪球
依托单位:
学科分类:
实验流体力学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵伟、张仕忠、李康、喻江、周凯
中文摘要
高超声速飞行器流场电子密度诊断是解决通讯中断的关键问题,在能够模拟再入飞行速度环境的高焓激波风洞中如何发展电子密度测量技术,提高测量精度,对通讯中断问题的研究有着重要的影响。高焓激波风洞试验时间短、流动速度快、激波强度大、气流温度高的测试环境对发展电子密度测量技术提出了诸多技术难题,尤其是复杂外形边界层、尾迹区等局部电子密度诊断,国内外鲜有相关技术报道和文章发表。本项目针对高焓激波风洞,发展电子密度诊断的静电探针测量技术,解决探针电路高扫描频率所带来的线路噪音干扰问题并优化电路,研究探针材料、探针尺寸对测量的影响规律,实现电子密度的局部诊断并提高精度,在力学所JF10高焓激波风洞中开展典型模型边界层局部电子密度的测量。本项目研究工作的成果,丰富和发展高焓流动测量技术的同时也为通讯中断问题的解决提供地面技术支撑。新型探针技术同时也可应用于其它等离子体诊断环境,尤其是进行瞬态电子密度诊断。
英文摘要
The electron density diagnosis for the flow-field of a high speed aircraft is the key problem to solve the communication blackout. Developing the electron density measurement technology in a high enthalpy shock tunnel, which can simulate the reentry flight speed environment, will have an important impact on the research of communication blackout. The special test environment of a high enthalpy shock tunnel, such as short test time, high flow speed, strong shock wave, high flow temperature, put forward a number of technical problems for the developing of electron density measurement technology, especially for the local region measurement of boundary layer or wake flow. There are little related technical reports or published at home and abroad. This project will develop the electrostatic probe technique for electron density measurement in the high enthalpy shock tunnel. New circuit will be developed in order to reduce the induced noise due to the RC characteristic of coaxial cables when a high frequency swept voltage is applied to the probe. The influencing factors to electron density measurements will also be explored, such as the probe materials and probe size. The final goal is to realize the local region electron density measurement and improve precision. Then the boundary lay electron density measurement of a typical model will be conducted in the JF10 high enthalpy shock tunnel. The achievement of this research will develop and enrich the high enthalpy flow measurement technology. It will also provide technical support for the solving of communication blackout problems. The new probe technique can also be used in other plasma diagnostic environment, especially for transient electron density measurement.
在高超声速飞行条件下,飞行器头部弓形激波后高温气体发生振动激发、离解甚至电离,飞行器周围覆盖着发生复杂物理化学过程的高温等离子体鞘层,而飞行器的雷达特性及电波输运特性强烈的依赖于流场中的电子密度分布,因此飞行器外流场电子密度分布的研究对其空间通讯十分重要,它也是高温气体效应实验研究的重要课题之一。在数值方面由于包含电离反应高温物理模型的经验性及不确定性,通讯中断问题的解决更多的依赖于实验研究。高焓激波风洞以其较高的焓值,可产生模拟高超声速飞行所需的速度及总温条件,是当前开展通讯中断问题研究的有效地面试验设备。而高焓风洞试验时间短、流动速度快、气流温度高的测试环境对发展电子密度测量技术提出了诸多技术难题,尤其是边界层、尾迹区等局部电子密度诊断,国内外鲜有相关技术报道和文章发表。本文以JF10高焓激波风洞为基础,发展了延迟双点火试验方法,获得了总焓16MJ/kg、总温7900K的高超声速试验气流状态,并对其有效试验时间、流场品质进行了诊断,为项目试验的开展提供了稳定的试验条件。在此基础上,采用能够获得足够空间分辨率且不影响流场结构的针状探针,发展了新型参考探针电路解决了探针电路高扫描频率所带来的线路噪音干扰问题,研究了探针材料、探针尺寸对测量的影响规律,完成了10°尖劈模型流场进行了电子密度测量。试验结果表明:研制的探针能够获得模型流场空间电子密度分布规律且具有较好的测量重复性;恒定偏压方法能够获得耦合流场参数的无量纲电子密度,而发展的新型高频扫描电路能有效降低扫描电路中的干扰噪音,提高测量的精度,获得定量电子密度值。本项目研究工作的成果,丰富和发展高焓流动测量技术的同时也为通讯中断问题的解决提供地面技术支撑。新型探针技术同时也可应用于其它等离子体诊断环境,尤其是进行瞬态电子密度诊断。
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DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
航空学报
影响因子:
--
作者:
[周凯, 汪球, 胡宗民, 姜宗林]
通讯作者:
姜宗林
DOI:
10.7527/s1000-6893.2015.0014
发表时间:
2015
期刊:
航空学报
影响因子:
--
作者:
[汪球, 赵伟, 余西龙, 姜宗林]
通讯作者:
姜宗林
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
中北大学学报
影响因子:
--
作者:
[栗继伟, 汪球, 赵伟]
通讯作者:
赵伟
Influence of Thermal Sensor Installation on Measuring Accuracy at Stagnation Points
热传感器安装对驻点测量精度的影响
DOI:
10.2514/1.t4971
发表时间:
2017-04
期刊:
Journal of Thermophysics and Heat Transfer
影响因子:
2.1
作者:
[Wang Qiu, Li Jin-Ping, Zhao Wei, Jiang Zong-Lin]
通讯作者:
Jiang Zong-Lin
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
中国科学:技术科学
影响因子:
--
作者:
[汪球, 黄建栋, 聂春生, 赵伟, 余西龙]
通讯作者:
余西龙
共 6 条
高速弹丸诱导斜爆轰波的起爆过程与波面稳定性特性研究
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批准号:12572271
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项目类别:面上项目
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资助金额:53.00万元
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批准年份:2025
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负责人:汪球
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依托单位:
高温真实气体条件下的高超声速磁场流动控制实验研究
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批准号:12072352
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2020
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负责人:汪球
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依托单位:
国内基金
海外基金