南京航空航天大学 能源与动力学院 航空飞行器热管理与能量利用工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 210016
在模型实验验证的基础上,采用数值模拟的方法,对比分析了分流喷管出口构型对直升机红外抑制器气动性能、温度场和红外辐射强度的影响。研究结果表明:相比基准分流喷管模型(Origin),分流喷管出口带一定外扩张角的波瓣出口结构(Lobe_1)的引射系数略微降低、总压恢复系数降低,中间混合管出口排气温度峰值却降低了65.1 K,同时降低了混合管上下方区域的壁面温度,但造成混合管中后段外侧壁面局部区域温度升高;外扩张角为0的波瓣出口结构(Lobe_2)增加引射系数3.8%,总压恢复系数与Lobe_1结构基本相当,中间混合管出口排气温度峰值也降低了62.8 K,尤其是其降低混合管壁面温度的效果最佳;分流喷管出口突片结构(Tab)增加引射系数10.6%,但总压恢复系数降低0.7%,同时,内侧混合管出口排气平均温度降低19.3 K,混合管壁面降温效果相对较差。总体来看,波瓣和突片结构都起到增强引射、强化混合的作用,尤其是波瓣出口结构(Lobe_2)对降低抑制器总体红外辐射效果最好,在3~5 μm波段的红外辐射强度最大可降低21%;在8~14 μm波段,其红外辐射强度最大可降低15%。
红外抑制器 分流喷管 引射系数 红外辐射 气动性能 infrared suppressor diverter nozzle pumping coefficient infrared radiation aerodynamic performance 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230459
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230436
1 中国船舶及海洋工程设计研究院,上海 200011
2 南京航空航天大学飞行器环境控制与生命保障工业和信息化部重点实验室,江苏南京 210016
3 江苏科技大学能源与动力学院,江苏镇江 212100
随着红外探测技术的发展,水幕成为舰船红外隐身研究的焦点,而对于水幕降温与水雾遮蔽两种水幕效应对红外探测特性的影响及其内在的物理机制目前尚未形成统一的认识。针对舰船 8~14.m波段的红外辐射问题,基于典型的壁式喷嘴建立壁式喷头试验系统,研究了不同喷射距离、不同喷射总流量以及不同温度钢板对壁式喷头的红外降温特性的影响。试验结果表明,当目标钢板处于中空区和中空区与覆盖区交界,红外降温速率分别为 2.03℃/min和 3.31℃/min,处于覆盖区时,喷射存在非重叠区和重叠区,非重叠区降温速率最大为 6.18℃/min,其同半径距离下的重叠区降温速率为 6.54℃/min,且此时重叠区的红外降温时长为 40 s,比非重叠区缩短了 32 s。喷射总流量的增加对钢板的降温表现出明显的增益性,并且钢板初始温度越高,壁式喷头对其的降温速率越快。此外,水幕内外的钢板温差最大可达 8.49℃,表明壁式喷头形成的水幕喷淋能有效遮掩钢板表面温度,降低舰船表面的红外可探测性,实现水幕喷淋隐身。该研究结果可对提高舰船的红外隐身性能提供技术参考。
壁式喷头 红外隐身 降温特性 水幕喷淋 wall attached nozzle, infrared stealth, cooling ch
1 1.中国科学院大学, 北京100049
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海200050
3 3.中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
极紫外(Extreme ultra-violet, EUV)光刻机光源主要采用激光产生等离子体技术, 用高功率激光轰击锡液滴靶产生13.5 nm波长的EUV光。其中, 基于逆压电效应的压电式高温锡液滴喷射元件是获取高重频高温锡液滴靶的关键部件。本项工作突破了耐250 ℃高温微细压电陶瓷管的组成设计和精细制备, 以及高温锡液滴喷射元件的结构设计和封装等关键技术, 成功研制了压电式高温液滴喷射元件。并通过自主搭建高温锡液滴靶光学检测平台, 基于此高温液滴喷射元件实现了重复频率20 kHz, 直径~100 μm的高温锡液滴靶的稳定输出。
极紫外光刻 微细压电陶瓷管 高温液滴发生器 高温压电陶瓷 EUV lithography micro piezoelectric ceramic tube piezoelectric high-temperature nozzle high- temperature piezoelectric ceramic
季华实验室新型增材制造研究院,广东 佛山 528200
通过建立同轴喷嘴和粉末输运过程的数值模型,采用数值仿真模拟的方式研究了不同工艺参数下,同轴喷嘴在垂直和倾斜使用工况下粉末汇聚性的变化规律。结果表明:粉末聚焦处的粉末浓度随载粉气速度的增加而降低,而保护气速度对粉末浓度影响较小;在载粉气流量为8 L/min,保护气流量为20 L/min,送粉量为15.8 g/min时,相比于同轴喷嘴垂直使用,倾斜使用条件下粉末的聚焦高度由19 mm升高到21 mm,焦点直径由3.7 mm增大到4.2 mm;同轴喷嘴垂直使用时粉末分布的均匀性更好;数值模拟结果与试验结果吻合良好,可以准确反映不同送粉方式中粉末的输运特性。
激光技术 同轴喷嘴 数值模拟 粉末流场 倾斜工况 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1314003
1 兰州工业学院材料工程学院,甘肃 兰州 730050
2 甘肃省无损检测新技术工程研究中心,甘肃 兰州 730050
以激光喷射锡球键合时使用的抗激光冲击性能存在明显差异的WC喷嘴为研究对象,借助扫描电子显微镜/能量色散X射线光谱仪对比观察了微观组织及成分之间的差异,结合材料与光束相互作用理论,研究了Co含量和微裂纹影响WC喷嘴抗激光性能的微观机制。测试结果显示,WC颗粒尺度、贯通状微裂纹和金属黏结剂Co含量存在明显不同。分析表明:因烧结压强过大引起的贯通状微裂纹会对激光产生“光陷”现象,并在其周围形成温度较高的热影响区,该区域内熔点较低的Co易于熔化;在喷嘴小孔前端热影响区附近,熔化后的Co和锡球容易发生冶金反应,形成沾锡,严重时喷嘴失效;裂纹越严重、Co含量越高,WC喷嘴的抗激光冲击性能越差。由此可知,降低Co含量和烧结压强,可以有效改善喷嘴的抗激光冲击性能。
激光技术 WC喷嘴 微观组织 抗激光冲击性能 激光束 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114010
大连理工大学 辽宁省微纳米技术与系统重点实验室,辽宁 大连 116024
面向植入式微泵在生物医疗领域的应用需求,为了提高低电压及微型化条件下微泵的输出流量,该文设计了一种双层泵腔压电无阀植入式微泵。基于压电振子的压电耦合仿真以及微泵的电-固-液三相耦合仿真,验证了双层泵腔微泵设计的有效性,并优化了结构及驱动参数。通过实验验证了耦合仿真结果的正确性,并测试了微泵的流量范围。结果表明,微泵最优设计参数:扩散角为30°,颈宽为300 μm,上层泵腔高度为100 μm。微泵的净流量随电压的增大而增大,且适用于低频驱动。实验结果表明,双层泵腔压电无阀微泵的输出流量是传统压电无阀微泵的5.38倍。
压电微泵 双层泵腔 电-固-液耦合 压电耦合 喷嘴扩散器 piezoelectric micropump double-layer pump chamber electric-solid-liquid coupling piezoelectric coupling nozzle diffuser
1 上海航天控制技术研究所,上海 201109
2 中国航天科技集团公司红外探测技术中心,上海 201109
为了评估反舰导弹喷管和尾流在超音速飞行状态下的流场特性和红外辐射特性,以“雄风3”反舰弹的尾喷管为研究对象,建立了相应的二维仿真计算模型。流场计算结果表明,凝相颗粒对尾喷流的流场特性有显著影响。相比于纯气相,加入凝相颗粒后喷流轴向高温区长度明显增加,马赫数下降更快。红外辐射特征计算结果表明,喷管及尾流的红外辐射特征表现出强对称性,最大辐射强度出现在偏航角60°时,辐射强度达到103.68 W/sr。
反舰弹 喷管 流场特性 红外辐射特征 凝相颗粒 anti-ship missile nozzle flow field characteristics infrared radiation characteristics condensed phase particles
1 苏州大学机电工程学院,江苏 苏州 215021
2 苏州大学工程训练中心,江苏 苏州215021
为了获得一种匹配3 kW宽带矩形激光器的同轴送粉喷嘴,采用了Fluent软件的离散相模型,对同轴送粉喷嘴粉末通道结构参数开展了四因素四水平的正交仿真试验,研究了结构参数对粉末汇聚浓度与粉斑尺寸的影响。结果表明,宽带同轴送粉喷嘴的粉末浓度在轴向与径向上均服从高斯分布,验证了喷嘴结构的合理性。四因素对粉末浓度的影响效果从大到小为:倾角、垂直高度、收缩角度以及出口间隙。当采用最优结构参数时,喷嘴可以在距离粉末出口24.6 mm的平面上形成一个3.08 mm×3.08 mm大小、最高质量浓度为32.29 kg/m3的矩形粉斑。最终通过送粉试验验证其合理性,为后续激光增材制造试验的开展提供依据及参考。
激光增材制造 宽带同轴送粉喷嘴 离散相模型 正交试验 laser additive manufacturing broadband coaxial powder feeding nozzle discrete phase model orthogonal experiment