高超声速目标相干双频激光雷达探测技术

为研究双频激光雷达技术在高超声速目标探测方面的应用,理论分析了激光在等离子中的吸收衰减特性,以RAM-C实验数据为参考,通过仿真计算得到不同高超声速飞行场景下钝头体模型的等离子体电子密度,验证了计算的准确性。计算得到钝头体驻点线上温度分布范围为8 000~16 000 K,并结合理论分析得到了激光在等离子体鞘套中的衰减与电子密度、温度和激光频率的关系,表明等离子体鞘套对激光的吸收十分微小;通过对双频激光和单频激光在湍流传输中回波信噪比的对比分析,得到了双频激光的抗湍流干扰特性。由此表明双频激光雷达是探测高超声速目标的有效方式。     

双强微油点火煤粉燃烧器应用浅析

本文介绍了双强微油点火煤粉燃烧器在华能聊城热电有限公司#7机组上的使用情况。     

单脉冲激光能量沉积对超声速钝头体波阻的影响

采用数值模拟和实验手段对单脉冲条件下的激光能量沉积减小超声速钝头体波阻进行了系统地研究。首先利用数值仿真的方法模拟了马赫5的超声速气流条件下,能量沉积对半球体阻力特性的影响,通过压力温度等值线及驻点参数的变化规律,分析了能量沉积减阻机理。研究结果表明由于能量的注入,钝头体前弓形激波发生变形,激波脱体距离增大,降低了钝头体表面的压力,从而减小了钝头体的波阻,在单脉冲作用时间内,波阻减小了13%。建立了超声速条件下单脉冲激光能量沉积减阻实验系统,利用高分辨率的纹影系统拍摄激光能量沉积产生的激波与弓形激波相互作用过程,实验结果与数值模拟结果基本吻合。     

两相旋流分离器矿浆内部流场及分离特性研究

利用两相旋流分离器可以实现矿浆的浓缩和液体澄清。为探索两相旋流分离器内部流场及分离特性,文中通过CFD软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型,对两相旋流分离器内部的三维流场进行数值模拟,得出了压力、速度、体积分布、湍流动能和湍流耗散率等参数的分布情况。结果表明,两相分离旋流器内部径向速度由中心沿径向外逐渐增大,离近分离器壁时又逐渐降低,呈现出“M”型驼峰分布。轴向速度呈对称分布,最大值出现在顶部溢流口和底流口。从矿粒和水在旋流器内部的流动轨迹可以看出,矿浆浑浊液从切向进口进入旋流分离器后,矿粒和水在旋流分离器内部作高速旋转运动,形成外旋流和内旋流。密度较重的矿粒从下部底流口流出,密度较轻的水从上部溢流口流出,模拟两相分离效率可达到86.93% 。     

合肥郊区大气边界层垂直风速的声雷达探测

垂直速度的测量与分析是研究大气边界层对流和湍流的重要手段,对合肥地区用声雷达探测的垂直速度数据的分析表明,白天对流旺盛,垂直速度较大,湍流较强,夜间对流相对较弱,垂直速度较小,湍流也较弱。在白天对流比较强时,瞬时垂直速度可超过0．6 m／s,从对数据的统计分析来看,有90％的垂直风速在0．3 m／s以下。同时分析了垂直风速标准差,发现其有明显的日变化特征,并且与大气折射率结构常数有很好的相关性。     

单颗粒煤粉声悬浮全息测量实验研究

运用数字全息测量技术对声悬浮场中煤粉颗粒的冷态、热态现象进行了实验研究。通过电荷耦合器件(CCD)记录煤粉颗粒的冷热态全息图,应用小波变换对图像进行重建,获得同一煤粉颗粒在不同投影面下的粒径以及空间位置。重点分析了煤粉在CO2激光器照射下,挥发分析出及颗粒破碎现象,挥发分只在竖直方向析出,且主要集中在尖角处。破碎形成的颗粒大小不一,位置比较随机,z轴方向距离较大。通过分析热态时颗粒粒径随时间的变化,获得了颗粒的燃烧速度,同时给出了颗粒z轴位置随时间的变化。实验结果表明数字全息技术可以应用于声悬浮场中煤粉颗粒燃烧时的测量,是研究煤粉燃烧的有力工具。     

水下运动目标的水面波纹数值模拟及分析

水下运动目标与水体的相互作用会在水面产生开尔文尾迹和伯努利水丘等特定波纹,为机载、星载的雷达光电探测水下运动目标的位置及速度等提供了可能,成为当前国内外研究的重要方向之一。为了研究水下运动目标水面波纹的特点,论文采用三维不可压缩RANS方程,辅以RNG k-湍流模型以及VOF自由面处理方法建立了水下运动目标水面波纹模拟的数学模型,并对水下航行体在不同速度及深度等参数情况下的水面波纹进行模拟,分析了速度及深度等参数与尾迹特征的关系。论文结果对实尺度水下潜艇的海面波纹模拟以及水下潜艇探测技术的研究具有意义。     

合肥郊区大气边界层垂直风速的声雷达探测

垂直速度的测量与分析是研究大气边界层对流和湍流的重要手段，对合肥地区用声雷达探测的垂直速度数据的分析表明，白天对流旺盛，垂直速度较大，湍流较强，夜间对流相对较弱，垂直速度较小，湍流也较弱。在白天对流比较强时，瞬时垂直速度可超过0．6m／s，从对数据的统计分析来看，有90％的垂直风速在0．3m／s以F。同时分析了垂直风速标准差，发现其有明显的日变化特征，并且与大气折射率结构常数有很好的相关性。     

基于相干多普勒激光雷达的斜程湍流参数反演方法研究

大气湍流广泛存在于大气中, 其中斜程湍流对航空航天、天文观测等会产生不可忽视的影响。一方面利用相 干多普勒测风激光雷达获得的高时空分辨风场探测数据, 另一方面基于Kolmogorov 局地均匀各项同性理论, 即在惯 性子区内湍流的特征只与湍能耗散率 ε 有关, 将速度结构函数法应用到飞机着陆阶段下滑道扫描模式中, 通过实测 数据的速度结构函数与模型速度结构函数最小二乘法拟合, 从而估算激光雷达扫描范围内的大气湍流参数 (径向风速 方差、湍流积分尺度和 ε 等)。根据下滑道扫描区域数据的时空分布特征, 给出大气湍流参数的斜程空间分布图, 并与 同步观测的飞机下滑道风切变强度数据进行了对比分析, 发现两者具有较好的一致性, 证实了斜程湍流参数反演方 法的可靠性。     

基于激光雷达脉冲特性的湍流风速估计方法

提出了一种基于激光脉冲距离权重函数的湍流风场速度估计的方法,可以解决多普勒信息探测晴空湍流风场中精细化的风速测量问题。算法以划分的距离门为单位对速度值进行空间平均,将各距离单元速度与激光脉冲距离权重函数进行卷积运算得到风速的局部估计值。并考虑高斯激光脉冲在湍流风场中的有效空间展宽传输特性,根据直接选取距离门中心位置的速度估计方法和快速的线性平均近似方法的处理过程,引入激光脉冲的传输特性来表达湍流径向风速的统计平均值,以实现湍流风速的测量以及激光雷达在探测湍流上的应用。实验结果表明,在有明显湍流条件的风场环境中,脉冲距离权重方法比线性平均方法在保留真实风场属性的前提下具有相对更小的速度标准差,显示出较好的风速修正效果,提高了激光雷达对湍流风场的测速性能。     

Performance of Discrete-Fourier-Transform-Based Velocity Estimators for a Wind-Sensing Coherent Doppler Lidar System in the Kolmogorov Turbulence Regime

The performance of discrete-Fourier-transform (DFT)-based velocity estimators for wind-sensing coherent Doppler lidar systems in the Kolmogorov turbulence regime is summarized using Monte Carlo simulations. Furthermore, a signal model, a simulation procedure, velocity estimators, and simulation conditions are explained. The relationships between signal-to-noise ratio, line-of-sight velocity estimation precision, and signal detection probability are simulated and summarized. In addition to the basic DFT estimator, signal matching estimators which utilize DFT are studied. The performances in the Kolmogorov turbulence regime and those in the Gaussian autocovariance signal model are compared. The performances are compared for wavelength regions of 1.5, 2, and 10 mum.     

Atmospheric Phase Error in Coherent Laser Radar

Coherent laser radar (ladar) deduces the shape, velocity and vibration of a remote target by measuring the round-trip optical phase or the Doppler shift of target-scattered light. Phase fluctuations from wind-driven atmospheric turbulence generate micro-Doppler or velocity error at mum/sec levels. The turbulence-induced noise spectra of all geometric phase components of the ladar, the average phase power spectral densities of arbitrary ladar receiver modes, and the resultant Doppler noise spectra, are derived in the Rytov approximation for any isotropic stationary turbulence, any wind velocity profile, any Fresnel number and any source illumination pattern. In Kolmogorov turbulence the piston phase noise spectrum, and the average phase shift over a time interval, are well-approximated by simple universal asymptotic forms dependent only on atmospheric coherence length, turbulence-weighted average wind speed Vmacr, and aperture size D. The spectrum slope changes at a critical frequency of order Vmacr/D. The approximate results do not depend on the usually-unknown outer scale of turbulence     

Analysis of spent beam refocusing to achieve optimum collector efficiency

A reasonable criterion for evaluating the effectiveness of spent beam refocusing is the reduction of spent beam turbulence. The rms deviation of particle angles where the angles are calculated from the ratio of radial velocity to axial velocity is one measure of beam turbulence. It is demonstrated that the angular deviation can be reduced by almost half in some magnetic field configurations. Experimental evidence indicates that beam processing of this type is most likely to yield an optimum collector efficiency.     

Remote probing of the optical strength of atmospheric turbulence and of wind velocity

A procedure for determining the optical strength of turbulence of the atmosphere and the wind velocity at various altitudes by measuring the spatial and temporal covariance of scintillation is developed. Emphasis is placed on the development of the formal relationships that have to be inverted to obtain the desired results. For determination of optical strength of turbulence, it is a linear integral equation that is developed. However, for determination of remote wind velocity, a nonlinear integral equation is obtained. A computer approach for solving each of the equations is suggested. The configuration and performance requirements of the measurement apparatus are discussed.     

低速湍流中的气动光学效应实验研究

应用二维哈特曼(Hartmann)波前测量系统，对光束在二维低速热射流传输中的气动光学效应进行了测量。应用模式法，通过孔径斜率进行了波前重构，结果表明热射流使波前产生较强的随机畸变。同时通过对子孔径波前斜率的时间变化测量结果进行了相关函数计算，计算显示出互相关函数随空间相对位置表现出一定规律的变化，由此分析了热射流场中涡结构的运流速度、涡结构尺度等湍流中重要的特性。这些初步测量和分析结果表明通过哈特曼波前测量法既可研究光束在湍流场中引起的波前变化规律，同时还可以应用于湍流场流场参数的间接分析。     

大气湍流位相畸变自适应光学校正的数值分析

实现了适应光学系统校正激光大气湍流位相畸变的数值模拟,研究了自适应光学系统的校正效率随湍流强度的变化规律以及横向风速对自适应光学校正效果的影响。结果表明,自适应光学系统能够校正湍流造成的激光波前位相畸变,提高靶面激光峰值功率密度,降低靶面激光强度起伏。湍流强度对于自适应光学系统的校正效率有比较大的影响,湍流强度较弱和较强,自适应光学系统的校正效率均不高;只有中等强度的湍流,校正效率最高。此外,横向风速对于自适应光学系统的校正效果也有比较大的影响．随着横向风速的增大,自适应光学系统的校正效果不断变差。     

千瓦级横流连续CO2激光器流场特性的研究

本文针对MGL-84型千瓦级横流CO2激光器,深入研究了流场气动特性对激光放电的影响,提出了使流场速度分布更加均匀的措施,所设计的湍流发生器明显地改善了放电稳定性。     

雪面上湍流谱特征研究

采用35 m铁塔上的超声风速仪数据,分析了雪面上近地层速度和温度谱,发现不同稳定度的湍流谱在高频时合并在一起,而低频谱并没有随稳定度呈现规律性变化,但随平均风速分开.给出了与稳定条件无关的雪面上湍流谱的拟合公式.并检验了雪面上局地各项同性假设.用归一化谱拟合谱幂率,拟合结果与-5/3的符合度高达85%.速度谱和温度谱惯性区谱幂率都集中分布在-5/3附近.惯性子区速度谱幂率与稳定度没有明显关系,温度谱中性时偏离比较大.