气体物理

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气体物理第6卷第4期封面+目录

2021, 6(4): .

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摘要:

烧蚀热防护专题序言

2021, 6(4): .

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摘要:

材料防热的多尺度现象与防热建模

俞继军, 邓代英, 罗晓光, 高俊杰, 艾邦成

2021, 6(4): 1-18. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0928

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32

摘要:
新型高速飞行器返回再入及在大气层内飞行的过程中面临多样化的气动加热环境, 材料工艺的改进和多组分的添加使材料高温热响应特性变得更加复杂, 并呈现多尺度特性.文章从飞行热环境、材料工艺特征和细微观响应等方面对材料防热机理和建模方法进行了阐述, 对不同类型飞行器热环境特征与防热建模难点进行了分析, 对各类防热材料工艺与热响应特点进行了总结, 提出了防热建模分析中需要重点关注的几类问题并给出了典型的应用案例, 最后重点介绍了基于微观的组分高温热物性预示方法和材料优化设计的案例与验证方法, 以期对新型飞行器的防热设计有所助益.

分形理论在碳化材料三维烧蚀热防护计算中的应用

杨伟斌, 朱庆勇

2021, 6(4): 19-28. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0866

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20

摘要:
烧蚀过程中的传热传质对烧蚀防护工程具有重要意义，准确的温度评估可以为高超声速飞行器的热防护结构和烧蚀材料的设计提供有效的支持.由于材料烧蚀形成的碳化物是一种典型的多孔介质，其结构具有自相似性，可以用分形理论来描述.在烧蚀计算中引入了分形渗透率张量模型进行计算.针对烧蚀过程中热解气体在碳化层中的扩散方程、温度、材料等参数对烧蚀过程的影响，对不同迂曲度分形维数和不同孔径分形维数材料三维球头进行了数值模拟.计算结果表明：材料的孔径分形维数越小，迂曲度分形维数越大，热防护效果越好.

碳/碳化硅复合材料静止环境下氧化行为模拟

周述光, 曾磊, 国义军, 刘骁

2021, 6(4): 29-36. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0909

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摘要:
碳/碳化硅（C/SiC）复合材料是应用于临近空间高超声速飞行器热防护的一种新型防热材料.国内外通过性能测试较多地研究了材料不同制备工艺对抗烧蚀性的影响，提出的抗烧蚀分析理论模型均基于液态氧化膜.而近期开展的C/SiC复合材料管式炉加热实验和试样微观形貌电镜表征显示：常压下，当温度低于1 696 K时，C/SiC复合材料氧化后表面形成了多孔的固态氧化膜.采用压汞法测试了氧化物孔隙.基于孔隙中的气体扩散行为，结合氧化反应动力学关系，建立了一种新的C/SiC复合材料惰性氧化模型.模型预测值与实验结果吻合良好，表明该惰性氧化模型对氧化膜厚度和质量损失具有较好的预测能力.

氢气发动机气缸注水燃烧的数值模拟

卢弘博, 姚清河

2021, 6(4): 37-47. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0868

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7

摘要:
为研究氢气发动机采用进气冲程注水（water injection，WI）的方法对发动机工况的影响，文章采用数值模拟的方法，运用AVL-FIRE软件模拟了嘉陵JH-600发动机使用氢气燃料的燃烧工况，并模拟计算了气缸内部温度、压强、NO排放量等各项参数.分4次进行，分别计算了注水量（水和氢气燃料的质量比）为0，5%，10%和15%时发动机的单缸燃烧参数.计算结果表明，将注水比率设定在5%~10%，能够在提高氢气发动机能量效率的同时有效地维持发动机稳定运行.

自由活塞激波风洞压缩管非等熵流动分析

易翔宇, 陈星, 毕志献, 陈农, 纪锋, 谌君谋, 姚大鹏

2021, 6(4): 48-56. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0846

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19

摘要:
在自由活塞驱动的高超声速地面试验设备中，自由活塞压缩器的运行状态对于试验气流状态参数、试验时间及设备安全性起到决定性的作用.研究基于FD-21自由活塞激波风洞结构参数，针对典型的活塞压缩器运行状态展开数值模拟和等熵理论预测，分析压缩管中的波系结构和非等熵效应引起的流动参数变化.进一步地，将压缩管中的总熵变来源分解为激波和黏性两部分；改变驱动压力、活塞质量、压缩管初始压力和压缩管长度进行数值模拟，分析熵变变化规律，并进行参数影响的归一化分析，结果表明归一化后的熵变仅与压缩比有关；最后，对等熵理论进行修正，修正后的压缩管压力与实验和数值结果更为吻合.

高超声速风洞HSCM系列标准模型气动力实验数据

张婷婷, 叶瑞, 姜维, 陈星

2021, 6(4): 57-65. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0843

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27

摘要:
在风洞建成运行初期和风洞实验技术与CFD技术的不断发展过程中，风洞标模实验一直都有特别重要的现实意义.汇总了近5年FD-07风洞HSCM系列标模实验的结果，针对HSCM系列AGARD HB-2标模、尖锥10°标模、AGARD B标模，给出了系统、全面、详实、可靠的实验数据，为相关实验和计算的评估提供借鉴和参考.

高超声速进气道飞行器一体化设计技术的发展

孟宇鹏, 杨晖, 满延进

2021, 6(4): 66-83. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0861

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19

摘要:
对高超声速进气道与飞行器一体化设计技术和发展进行了研究，包含轴对称压缩、二维压缩、侧压以及内压缩进气道在高超声速飞行器上的典型布局设计方案.对高超声速可调进气道类型进行了概述，基于轴对称类型调节、二元平面类型调节以及三维内转调节进气道的典型案例给出了其各自的设计特点，并进一步对宽域飞行和组合动力飞行器采用的多通道可调节高超声速进气道研究进展进行了简述，最后分析了高超声速进气道设计须面对和解决的技术难题.

主管部门：	中国航天科技集团有限公司
主办单位：	中国航天空气动力技术研究院中国宇航学会中国宇航出版有限责任公司

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