激波与边界层干扰中的分区特性研究

本文通过对一组后掠压缩角模型参数变化的实验研究,给出了由其引起的三维激波与湍流边界层干扰流场的总体结构,并按流动特性,进行区域划分。提出了干扰流场中上游影响柱形区和锥形区的概念,给出了确定柱形区/锥形区边界的准则,从而得到了后掠压缩角模型在M_∞=2.95时的干扰流场的柱形区/锥形区边界。最后分析了柱形区/锥形区边界的物理机理——这是后掠压缩角模型的无粘激波脱体现象对干扰流场中上游影响区特性的效应。     

用GAO-YONG湍流模型计算激波/边界层干扰

采用GAO-YONG可压缩湍流方程组,模拟了平板激波/湍流边界层干扰现象.运用SIMPLE算法求解方程组,并分别采用三阶精度的QUICK格式和中心格式离散对流项和扩散项.计算结果较好预测了入射斜激波在平直壁面引起湍流附面层分离的流动特征: 分离点的反射激波、分离包引起的膨胀扇以及再附点的反射激波.对流场的时均参数与实验值进行了比较,计算得到的壁面压力分布、摩阻系数分布和速度型与实验值比较吻合很好.结果表明GAO-YONG可压缩湍流方程组能够高精度模拟平板激波/湍流边界层干扰流动.      

准平行无碰撞激波的混合模拟

本文应用一维混合模拟方法数值研究了准平行无碰撞激波的结构.结果表明,激波上游的质子和准平行无碰撞激波相互作用后,有部分质子被激波反射,并向激波上游运动很长一段距离,从而激发起束流不稳定性,引起大振幅的共振右旋偏振的低频波动.这些波动在太阳风的带动下向激波下游运动,靠近激波后与激波合井,同时在激波的上游不断有新的波动产生.此过程能不断重复地进行.在平行无碰撞激波的情况下,在激波的下游还有大振幅的非共振右旋偏振的低频波动.激波上游的低频波动在向下游运动的过程中强度不断加强,最后超过原来激波的强度,形成新的激波.      

行星际结构与准平行无碰撞激波的相互作用

应用一维混合模拟方法数值研究了高密度等离子体团和行星际激波与准平行无碰撞激波的相互作用．结果表明，由于推平行无碰撞激波上游的大振幅低频波动的散射，除了在通过激波过渡区时稍有压缩外，等离子体团从激波的上游开始就一直是不断弥散的．行星际激波在向准平行无碰撞激波靠近的过程中，会在其上游产生大振幅的低频波动，同时行星际激波的强度不断增加，最后和准平行无碰撞激波会并成一个新的激波，在新激波前继续有大振幅的低频波动产生     

Unsteady drag measurements for flow over a circular disk

对垂直于来流方向的圆盘进行非定常测力实验,研究上游二维干扰圆杆和圆盘绕流雷诺数(雷诺数范围为0.44×10⁵~2.74×10⁵)对圆盘阻力及其脉动特性的影响.实验结果表明,无论有无上游干扰,圆盘平均阻力系数均不随雷诺数改变.上游干扰圆杆在降低圆盘阻力系数的同时,使圆盘阻力脉动量增大,而且当圆盘绕流雷诺数大于1.84×10⁵时阻力脉动量的增幅将随雷诺数的加大而迅速增加.对圆盘阻力的频谱分析表明,在圆盘上游无干扰时,圆盘绕流形成的螺旋状涡引起的非轴对称波动频率(斯特劳哈尔数为0.135)为阻力脉动的主频.     

高升阻比乘波体外形设计及气动特性计算研究

采用数值模拟方法研究在设计点(马赫数6,迎角0°)锥导乘波体气动外形的设计方法及其基本气动特性,以及在非设计点时该乘波体的气动特性,即各个气动系数随迎角和马赫数的变化特性.研究表明:基于无粘锥形流的乘波体气动外形的反设计方法是成功的;在设计点附近选取合适的半基准圆锥激波角并考虑粘性影响时,可得到乘波体最大升阻比为3.36;给出了采用这一布局的单级入轨运载器的可行的飞行控制方案;分析提出了进一步提高该乘波体气动布局升阻比的有效途径.      

激波风洞7°尖锥边界层转捩实验研究

高超声速边界层转捩对摩阻、传热等有重要影响，飞行器的研制迫切希望能精确预测和控制边界层转捩。在JF8A激波风洞中开展了7°半锥角的高超声速尖锥边界层转捩实验研究，利用响应频率达到1 MHz量级的高频压力传感器对尖锥壁面脉动压力进行了测量，并结合热流测量结果，研究了高超声速尖锥边界层中扰动波的发展过程。实验结果表明:JF8A激波风洞在雷诺数为6.4×106/m状态下核心流的自由流噪声为2.8%；高频脉动压力测量技术能清晰地捕捉转捩过程中的第二模态波及其发展历程，试验状态下模型的第二模态波频率范围为165~206 kHz。当前研究结果能够为高超声速数值方法验证提供数据支撑。      

超声速民机发动机短舱布局对声爆的影响

超声速民机较高的飞行速度导致发动机短舱与机翼机身存在强烈的气动干扰，且高速喷流会改变主流的激波系结构，进而影响声爆强度。以超声速民机为研究对象，对不同短舱布局开展数值模拟研究，揭示发动机短舱位置、数量对近场过压信号特性的影响规律。数值模拟运用有限体积法在直角网格上求解流体控制方程进行，通过伴随自适应网格加密生成高分辨率网格以精确捕捉近场过压信号。结果表明：发动机进气道唇口激波、尾喷口后缘激波及尾喷流与机体机翼引起的激波系存在强烈的相互干扰，一定程度上增加了近场过压幅值，从而增强了声爆强度。短舱沿弦向前移及置于机翼上方可以有效降低声爆强度，沿展向外移通过抑制尾部各激波的合并也可有效降低声爆强度；在相同总推力前提下，相比三发构型，双发构型能有效降低后体激波强度，但较大尺寸的短舱引起较强的进气道唇口激波。综合考虑喷流噪声和气动阻力因素，翼下双发布局对于新一代超声速民机并非最佳选项。     

我校“211”工程”重点学科介绍航空航天力学学科

与某基地合建了国家计算流体力学重点实验室，为流体力学研究提供了强大的计算手段。在流体力学国家开放实验室的基础上，建成了流体力学教育部重点实验室。建设了材料与结构特性实验室，使该学科在材料力学性能分析与实验方面继续保持国内领先水平。科研条件的改善，促进了高水平成果的产生，“后掠激波／边界层干扰研究”1997年获国家自然科学三等奖，“断裂力学中应力强度因子的解法”1998年获国家科技进步三等奖，“某导弹复杂流场和气动力学的数值计算及工程应用”1999年获国家科技进步三等奖。 摘自《北航》报第567期     

基于乘波体的高超音速运载器气动布局设计

采用基于无粘锥形流的反设计方法以Ma=6为设计点设计具有高升阻比的乘波体外形;取基准圆锥激波角为12°,并利用上表面的膨胀降压作用,这一外形优化有效提高了乘波体的升阻特性,在考虑粘性影响的情况下Ma=6时的升阻比可从3.356?3提高到4.598?1;将具有高升低阻效能的乘波体作为机身初步设计单级入轨运载器布局,通过数值模拟的方法进行研究,结果表明布局在大速度范围内的升阻比得到了令人满意的结果,同时具备静稳定性.     

冲击响应谱控制的研究

冲击响应谱模拟比规定冲击脉冲来模拟更接近实际冲击环境.采用迭代算法,用指数衰减正弦函数组合出具有规定的冲击响应谱的瞬态冲击加速度波形,其末加速度,末速度和末位移为零满足实际振动台的需要.探讨了瞬态冲击加速度波形实时控制中传递函数的估算和修正方法,以及驱动数据块的大小对控制精度的影响并给出了解决方法.     

Small-scale deformation of the bow shock

The prediction of the bow shock location is a proof of our understanding of the processes governing the solar wind – magnetosphere interaction. However, the models describing the bow shock location as a function of upstream parameters are based on a statistical processing of bow shock crossings observed by a single spacecraft. Such crossings locate the bow shock in motion, i.e., in a non-equilibrium state and this fact can be a source of significant errors. We have carefully analyzed a long interval of simultaneous observations of the bow shock and magnetopause and another interval of bow shock observations at two well-separated points. Our results suggest that often a small-scale deformation of the bow shock front due to magnetosheath fluctuations is the most appropriate interpretation of observations. Since the low-frequency magnetosheath variations exhibit largest amplitudes, a simultaneous bow shock displacement over a distance of 10–15 R_E can be observed. We suggest that bow shock models can be probably improved if the tilt angle would be implemented as a parameter influencing the bow shock location in high latitudes.     

刷密封刷丝力学行为与密封性能

创建开发刷密封分析设计软件,模拟刷密封压力场与流场,研究刷丝动力学行为,如径向压紧等,与密封区域压场和流场相互作用,对密封性能产生影响.基于梁弯曲理论和刷丝区域压力分布,采用有限元法计算轴向与周向刷丝变形,并将相关计算结果与实验数据进行了对比,分析表明刷封出口区域在径向和轴向同时形成较大的压力梯度,使间隙趋于闭合并将丝间压紧,密封工作状态或间隙变化不大时,可保持稳定的密封性能.      

行星际慢激波的传播和演化

采用二维理想MHD模型，分别在日球赤道面(二维二分量模型)和日球子午面(二维三分量模型)内研究太阳风中慢激波的传播和演化规律．结果表明，慢激波在向外传播的过程中逐渐演化为由原慢激波和新产生的快激波构成的激波系统，该激波系统在子午面内相对慢激波源中心法线基本对称，而在赤道面内则是不对称的：快激波阵面和慢激波阵面之间存在一个切触点，该处两个激波合并，蜕化为气体激波．上述切触点相对激波源中心法线东偏，且东偏角度在激波系统向外传播过程中不断增加．初步分析表明，行星际磁场的螺旋结构是产生日球赤道面内慢激波传播和演化的东西不对称性的主要原因．     

行星际激波的多方指数

从Ｈｅｌｉｏｓ等６个飞船１９７２年至１９８７年的太阳风观测资料找出９８６个行星际快激波，利用ＭＨＤ Ｒａｎｋｉｎｅ－Ｈｕｇｏｎｉｏｔ方程组分析了激波上下游参数关系，确定出每一个激波的最佳多方指数。结果指出，多方指数有一分布，其最可几值约在１．７０－１．７５之间。     

激波在行星际介质中的能量耗散

导出激波下游介质相对上游介质能流通量增量公式,并由HeliosA,B飞船太阳风观测资料得出不同流速太阳风流中各参量随日心距的幂律变化。以此作为背景值分别计算出磁能、内能、动能和总能在不同日心距离处的能量耗散率。结果指出激波后介质以动能增加为主,内能次之,磁能最少;总能耗率在近日处较大,但下降较快。从0.3-1.0AU,不同强度激波总能耗随初始Alfvén激波数A₁₀增大而增大,对A₁₀从2.0-10.0的计算结果与观测值一致。      

磁流体斜激波的汇合

本文讨论磁流体快、慢激波的汇合作用规律,主要结论如下:(1)两个前向快激波汇合之后,形成一更强的前向快激波,尾随一前向慢稀疏波、一正接触间断(后侧密度大于前侧)、一后向慢激波和一后向快稀疏浚。(2)两个前向慢激波汇合之后,形成一更强的前向慢激波,尾随一正接触间断、一后向慢稀疏波和一后向快激波2在前向慢激波前方出现一前向快波,它或为稀疏浚(中、小激波角情况),或为激波(大激波角情况).(3)前向快激波会追上前向慢激波而发生汇合,之后互换位置且强度减弱,尾随一正接触间断和一后向稀疏波对。      

磁流体斜激波的碰撞

讨论了磁流体斜激波之间的碰撞及其与接触间断的相互作用规律,主要结论如下:(1)两个快激波碰撞后交换位置,同时出现一接触间断和一慢稀疏波对。(2)两个慢激波碰撞后交换位置且强度减弱,同时出现一接触间断和一块激波对。(3)一前向快激波与一后向慢激波碰撞后交换位置,快激波强度增加,慢激波强度减弱,同时出现一后向快激波、一负接触间断和一前向慢稀疏波。(4)一前向快激波与一正(负)接触间断相互作用后交换位置,快激波减弱,同时出现一后向快稀疏波(快激波)、一后向慢激波和一前向慢激波(慢稀疏波).(5)一前向慢激波与一正(负)接触间断相互作用后交换位置,慢激波减弱,同时出现一后向慢稀疏波(慢激波)和一快稀疏波(快激波)对。      

耀斑激波的相互作用

采用一维磁流体力学模型和激波装配法，分析两个相继出现的耀斑激波的相互作用.前导激波下游的稀疏波显著改变后随激波的特性，并在它的下游产生强后向快激波.两耀斑激波汇合后将在下游形成密度比约为1.5的接触间断.