热线风速仪微风速(0.1～1m/s)下的校准实验研究

热线风速仪在微风速(0. 1～1m/s)的测量中有广泛的应用,为了获得准确的测量结果,需要对热线风速仪进行校准。本文基于激光多普勒测速仪对热线风速仪的校准方法进行了研究,并在实验的基础上对恒温型热线风速仪的静态特性进行了分析。为了避免热线探针干扰流场对校准结果的影响,校准时需要找到激光多普勒测速仪合理的测量位置;实验段流场轴线上速度分布偏差带来的影响可通过激光多普勒测速仪的测量实现修正;采用防污染罩的方式可以避免粒子污染探针;此外,确定了2支热线风速仪的静态特性方程参数,计算结果表明实验与理论获得了良好的一致性。不确定度分析表明:在0. 1～1m/s的范围内,探针热线校准结果的不确定度为18mm/s左右。     

用闭口单回流式风洞测量微风速

采用三收缩测量段结构建立一套三工作段闭口单回流式风洞,实现风洞在微速段的测量,用于风速表、风速传感器、热线/热膜/热球风速仪等气体流速仪表的检定、校准或检测,并对装置测量不确定度进行了分析。     

微风速标准装置的建立和热线风速仪校准方法的实验研究

中国计量科学研究院建立了微风速标准装置,基于该标准装置对热线风速仪的校准展开了实验研究。微风速标准装置基于相对法测量原理,实验通过气浮滑车搭载热线风速仪运动,由激光干涉仪测得的距离对时间微分得到标准速度,通过这种方式实现了热线风速仪的校准。滑车的运动速度可以溯源到国家计量院的时间和长度基准;此外,根据热线风速仪传感器的理论模型计算得到了热线风速仪的静态特性方程,比较理论模型与校准结果,发现二者具有良好的一致性。实验结果和不确定度分析表明:微风速标准装置的扩展不确定度U=0.82%（k=2）;热线风速仪校准结果的扩展不确定度U=2.42%（k=2）。     

高超声速飞行器复合材料翼面结构1100℃高温环境下的热模态试验

为了在热模态试验中获得难于测量的超过1 000℃的高温环境下复合材料翼面结构的振动特性参数,将高温瞬态热试验系统与振动试验系统相结合,建立了可对高超声速飞行器耐高温复合材料翼面结构进行1 100℃高温环境下热模态研究的热/振联合试验系统。通过自行研制的耐高温陶瓷导杆引伸装置将复合材料翼面结构上的振动信号传递至非高温区域,使用常温加速度传感器对高温环境下高超声速飞行器翼面结构上的振动信号进行数据识别;并运用时-频联合分析技术对试验数据进行分析处理,实现了在1 100℃热/振复合环境下对复合材料翼面结构的模态频率、模态振型等关键振动特性参数的试验测试。研究结果为高超声速飞行器复合材料翼面结构在高温环境下的动特性分析及安全可靠性设计提供了重要依据。     

基于激光诊断的分子标记示踪测速技术研究进展

随着飞行器速度的不断提升,高超声速气流流动理论、高超声速燃烧流场分析、飞行器空气动力学特性等研究的重要性日益凸显。目前常规的速度测量方法在面对高超声速复杂流场环境时受到的限制越来越明显,需要研究新的技术以满足流场内精确速度测量需求。分子标记示踪测速技术因其非侵入、无跟随性限制等优势正在成为研究热点。本文阐述了纳秒激光分子标记示踪测速技术、飞秒激光分子标记示踪测速技术的基本原理、主要参数和工作特点,分析了这些技术在测量中所面对的挑战,并对其在科学及工程领域中的应用前景展开了讨论,为推动高超声速复杂流场环境速度测量技术发展提供借鉴。     

校准喷嘴系统的不确定度分析方法

介绍了热线／热膜流速仪的基本原理和用于热线／热膜流速仪校准用的校准喷嘴系统的气体速度确定方法，分析和推导了用不确定度理论全面分析系统不确定度的方法。     

1500℃高温氧化环境下C/SiC复合材料结构的热/力联合试验

针对高超声速飞行器新型超高温结构力/热/氧化关键性能参量试验测试的迫切需求,自行设计并建立了可实现在高达1 500℃极端高温氧化环境下进行结构断裂性能测试的辐射式热/力联合试验系统,并对耐高温C/SiC复合材料结构在1 500℃等高温氧化环境下的断裂强度以及出现断裂时的时间点等关键性能参数进行了试验测试,当试验温度从1 000℃上升至1 500℃,C/SiC复合材料试验件的断裂强度下降了47.5%,断裂时间缩短50.1%。本极端高温载荷试验系统为高超声速飞行器结构热强度研究提供了重要的氧化环境下的热/力联合试验测试手段。研究结果表明:通过高温预加载可以明显提高C/SiC复合材料结构的断裂强度,增幅为38%,承载时间提高61.1%。试验结果为高超声速飞行器复合材料部件在极端热环境下的安全可靠性设计以及强度性能的改进提供了重要依据。     

高超声速气动热弹性分析降阶研究

高超声速气动热弹性分析涉及流场、结构场和热力场间的相互耦合,计算复杂且耗时长。根据分层求解策略提出了一种基于降阶模型的高超声速气动热弹性分析框架。分别采用系统辨识法和本征正交分解法对高超声速气动力和气动热建立降阶模型,并与模态叠加法耦合实现热配平状态下气动热弹性问题的快速计算。以典型高超声速三维机翼为例,预测热结构的颤振动压,并与全阶流-固-热耦合计算结果对比吻合较好。所提出的气动热弹性分析框架提高了计算效率,而且精度高,可应用于工程分析中。     

热线风速仪低温测速的初步研究

由于测量低温下的速度需要热线探针在低温下的响应曲线,所以,获得低温下的热线探针的准确的响应曲线,便成为在低温下热线测速的基本前提.介绍了热线风速仪的标定原理与标定公式的修正,重点突出了热线风速仪在低温环境下的密封系统内的速度测量.概述了一套用于热线低温标定的实验装置,并给出了部分实验结果.     

基于最大似然估计法的超声波测风仪校准周期研究

针对超声波风速仪校准问题,该文以基于时差法的超声波测风仪为例,利用实验室测试数据对超声波风速仪溯源必要性和校准周期方法进行研究。首先采用大直径低速回路风洞对多支超声波风速仪进行等间隔长期测试;然后确认仿真条件,进行超声波风速仪测试仿真;最后通过最大似然估计法给出超声波风速仪校准周期并进行验证。结果表明：超声波风速仪有必要确定校准周期,参与测试的传感器总数、校准总次数和不合格数对校准周期的确定影响较大,不合格平均出现次数对校准周期的确定影响较小,建议超声波风速仪校准周期72个月。     

A digital anemometer

A digital anemometer has been developed for air flow measurements in home and office environments. The principle is based on hot-wire anemometry. The probe consists of a cold thermistor for flow temperature detection and a hot thermistor for flow rate detection. The latter is self-heated by a thermal bridge. Its unbalance voltage due to the air flow is compared with the reference response transformed into the time domain by direct digital synthesizing. This pulse-width modulation provides the linear digital representation of the flow rate under measurement. The unbalance component due to flow temperature is compensated by scaling the reference response depending on temperature detected by a cold thermistor. These linearization and compensation techniques make accurate measurements possible with a simple configuration. Performances of a prototype anemometer built using a one-chip 4-bit microcomputer are also presented to demonstrate the validity of these techniques     

温度变化环境热线现场校准装置

当热线工作于温湿度变化场合时，其特征参数随之变化。为了保证测量的准确性，热线仪需随环境变化进行校准。本文设计了一种实时热线现场校准装置和遥测遥控系统，适用于野外和恶劣环境下的测量。该仪器在斜拉桥风致振动研究中准确地测量出了台风过境时的参数特性，显示了较强的适用性。     

一种在片薄膜铂电阻温度传感器的校准方法

在片薄膜铂电阻温度传感器以铂作为感温薄膜,采用半导体工艺制造,可以有效地监测晶圆片上的半导体器件温度。为了校准该类型温度传感器,根据其工作原理和结构特点,参考JJG 229-2010对校准装置的要求,提出了一种利用高低温探针台、八位半数字多用表以及直流探针组建校准装置的方法;通过组建校准装置,测量温度传感器在不同温度下的电阻值,得到电阻-温度特性的分度表;并对在片薄膜铂电阻温度传感器在25℃和125℃2个温度点进行校准。校准数据及校准结果验证表明,该方法切实可行,可有效解决无连接引线的在片铂薄膜电阻温度传感器的校准问题。该校准技术也可为其他类型感温元件的在片温度传感器校准提供参考依据。     

现代光学新分支学科——气动光学

从气动光学学科发展历程出发，介绍了气动光学提出的背景，提出了气动光学的定义及内涵、研究对象和研究方法，描述了气动光学研究的主要内容：气动光学效应机理研究、气动光学效应校正方法研究、气动光学效应校正验证试验研究和高速飞行器光学窗口技术研究；详细阐述了国内开展气动光学学科理论基础、工程建模、试验原理及试验方法等研究途径，给出了一些典型的研究结果，指出了学科的应用前景和发展趋势。     

Measurement of the Transfer Function of Hot-Wire and Hot-Film Turbulence Transducers

A microwave simulator for controlled variation of air-flow velocity in the dc to 500 kHz frequency range is described. The simulator serves for measurement of the transfer function of hot-wire and hot-film transducers used in turbulence research. The microwave simulator consists of an X-band power modulated klystron which delivers electromagnetic energy to the transducer, mounted in a small-size calibration wind-tunnel supplying the transducer mean flow velocity (in the 0 to 80 m/s range). Experimental results are given for the absolute value of the transfer function in a 60 dB range, of a hot-wire tungsten transducer (5 micron diameter X 1 mm long) and of a platinum-plated quartz hot-film transducer (25 micron diameter × 0.5 mm long).     

The near-neutral atmospheric surface layer: turbulence and non-stationarity

The neutrally stable atmospheric surface layer is used as a physical model of a very high Reynolds number, canonical turbulent boundary layer. Challenges and limitations with this model are addressed in detail, including the inherent thermal stratification, surface roughness and non-stationarity of the atmosphere. Concurrent hot-wire and sonic anemometry data acquired in Utah's western desert provide insight to Reynolds number trends in the axial velocity statistics and spectra.     

Thermal product estimation method for aerodynamics experiments

This paper presents an experimental technique to estimate the appropriate thermal product values of rugged and fast response temperature probes (TPs) for hypersonic aerodynamic experiments. Two types of scratches were used, mainly abrasive papers with different grit sizes and scalpel blades with different thicknesses, to form the probe junction. The effect of the scratch technique on the probe’s thermal product is investigated. The probes are tested and calibrated in the test section and in the end wall of shock tube facility. It is observed that the thermal product of a particular TP depends on the Mach number, junction scratch technique, and junction location, as well as on the enthalpy conditions. It is noted that, depending on the scratch technique, some of the TPs do not require individual calibration; however, calibration for others is likely to be needed.     

气液两相流界面波的双平行电导探针测量方法研究

使用双平行电导探针，通过测量气液两相瞬时液膜厚度，来反映气液两相流界面上的波动规律，对经测量系统进行了理论和实验研究，根据界面波的物理特性，设计出一种能够快速准确地测量液膜厚度的电导探针系统，并且提出了一种不受实验条件变化影响的探针标定方法。通过对水平管内空气－水气液两相流分层流界面厚度的测量，证明这种方法是切实可行的。     

Growth of c-GaN films on GaAs(100) using hot-wire CVD

Cubic gallium nitride (GaN) films were grown on nitrided layers of GaAs(100) by hot-wire chemical vapor deposition. The nitrided layer was also formed by NH_x radicals generated on a tungsten hot-wire surface. Nitridation conditions for the growth of GaN with a cubic-type structure were investigated. As a result, GaN film with a preponderant cubic phase was grown on the GaAs surface layer nitrided at a substrate temperature of 550 °C, a filament temperature of 1200 °C and an ammonia (NH₃) pressure of 1 Torr.     

金刚石镀膜装置上的等离子体漂移速度的测量

主要叙述了在金刚石镀膜装置中，利用平行马赫探针测量了沉积室中的等离子体漂移速度，采用了Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ的流体力学模型分析了数据。测得马赫数Ｍ为０．０８６，电子温度Ｔｅ为５ｅＶ，等离子体漂移速度约为２９７ｍ／ｓ。在金刚石镀膜的研究中，平行马赫探针为进一步研究沉积金刚石膜的速度和质量与等离子体漂移速度的关系提供了比较好的手段。