摘要：二级轻气炮是超高速弹丸驱动技术中使用最广泛的技术之一,它在超高速气动物理现象及材料高速碰撞下力学性能的实验研究和验证方面起着不可或缺的作用.中国科学院力学研究所基于爆轰驱动方法研制了一座大型二级轻气炮,可弥补高压气体驱动能力有限和火药使用受限的不足.本文基于经过实验验证的准一维数值模拟方法,详细研究了该设备的内弹道动力学参数及发射性能,并探讨了不同发射方法及装填参数对设备性能的影响规律和机理.研究结果表明,氢氧爆轰驱动相比于高压气体驱动具有明显优势;不同爆轰驱动方式对弹丸发射性能影响较小,但其影响到整个设备的强度设计;对装填运行参数的研究表明增大爆轰段充气压力可以有效加强轻气炮发射性能,而活塞质量变化对发射速度的影响较为复杂,轻气炮实际运行中受设备设计指标及模型材料性能的限制,优化过程中需要同时调整3种参数以达到轻气炮最佳性能.

摘要：火星大气中会发生不同规模的沙尘暴,大气中蕴含的尘埃颗粒会对高速进入的火星探测器表面造成侵蚀并导致壁面热流增加,给探测器的热防护系统设计带来巨大挑战.文章针对高超声速火星进入环境两相流动问题,基于Euler-Lagrange框架建立非平衡流场与颗粒的单向耦合计算方法,采用模态半径为0.35μm的火星大气颗粒分布模型,研究不同尺寸颗粒在流场中的运动轨迹,获得高温相变模型对颗粒运动的影响以及不同粒径颗粒的撞击能量分布.结果表明,颗粒在高温流场中运动会吸热融化甚至蒸发,高温相变模型导致的颗粒直径减小对小尺寸颗粒运动轨迹有较大影响;当前计算状态下,直径3μm以上的颗粒具有较大的Stokes数且颗粒半径在运动过程中基本保持不变,其运动轨迹受流场影响较小,该尺寸颗粒的撞击分数均达95%以上,是造成壁面撞击的主要颗粒尺寸;撞击能量分数结果表明,直径3~10μm之间的颗粒是撞击能量的主要来源,约占总撞击能量的80%.