栅格翼气动特性及其应用研究综述

从实验研究、工程估算、数值模拟三方面综述了栅格翼气动特性研究方法及研究现状;概述了栅格翼主要气动特性;总结了弧形、整体后(前)掠、局部后掠等格翼新颖几何构型研究进展;全面概述了栅格翼在国内外各类型飞行器上应用情况及主要用途。针对格翼设计应用过程的瓶颈问题,分析展望了栅格翼相关领域需要关注和解决的关键问题。     

钝化前缘对栅格翼激波干扰与热流分布的影响

采用数值模拟与工程计算相结合的方法对高超音速栅格翼进行了研究,分析了在高超音速 情况下,栅格翼激波干扰对前缘钝度的敏感性以及对栅格翼热流分布产生的影响。结果表明 ：在同等栅格间距下,产生激波干扰的第三临界马赫数随栅格翼前缘钝度的增大而增加,传 统的尖前缘栅格翼理论不适用于钝化前缘外形。另外,激波干扰在栅格翼表面会产生局部的 高热流区域,但此热流峰值与前缘驻点相比仍然较低,因此对栅格翼热防护无额外影响。

     

栅格翼在减小火箭残骸落点散布上的应用

文章利用栅格翼高气动效率、高阻力的特点,探索其在火箭芯一级残骸落点散布控制上的应用。首先介绍了栅格翼气动性能分析采用的数值模拟方法,通过与试验数据对比,验证了方法的可靠性。针对火箭芯一级箭体,开展了栅格翼设计研究,给出了详细的栅格翼几何尺寸,分析了其在亚跨超声速阶段气动性能,通过6自由度蒙特卡罗弹道拉偏仿真,对比了栅格翼安装前后火箭芯一级残骸落点散布范围。结果表明,火箭芯一级加装栅格翼后,上升段折叠安装,阻力增量较小,超声速阶段阻力增量2%以内;再入段栅格翼打开,小迎角范围内火箭芯一级残骸压心后移明显,气动稳定性增强;芯一级残骸进入大气层后飞行姿态迅速振荡收敛,残骸落点散布范围大幅缩小,安装栅格翼后火箭芯一级落点散布面积减小约76%,这种基于稳定栅格翼进行落点控制的方法具有机械结构简单,易于工程实现的特点,适用于各类运载火箭的改造,可大幅度减小落区的范围。     

基于面元法的栅格翼翼身组合体高超声速气动特性研究

栅格翼是由外部框架和内部栅格布置形成的空间多升力面系统,其在高超声速状态具有突出优点。文中结合高超声速流动特点,考虑头部激波及弹身上洗干扰,基于面元法建立栅格翼翼身组合体高超声速气动特性计算模型,根据研究对象特点自动划分面元,进而完成典型栅格翼翼身组合体高超声速气动特性计算,并与数值计算结果进行对比分析。结果表明,在研究范围内,栅格翼翼身组合体高超声速气动特性面元法计算结果与数值计算结果吻合较好,前者较后者相对误差绝对值随攻角增加而增大。     

局部后掠型栅格舵的气动特性研究

针对栅格舵(翼)技术的主要缺点——跨声速壅塞和阻力高的问题。以简化栅格为研究对象,采用数值分析方法开展了P型和V型局部后掠对气动特性的影响研究,并开展了不同后掠角对气动特性的影响研究。研究发现,局部后掠方式能够弱化或消除亚声速背风区的分离问题,减小跨声速区激波与边界层干扰,解决栅格舵固有的跨声速壅塞和阻力大的问题。局部后掠对栅格减阻有显著效果,尤其是高超声速段,同时能够增加单位浸润面积的法向力,从而提高栅格舵的操纵效率。     

栅格翼防热涂层结构及制造工艺研究

确定了栅格翼防热涂层结构和制备工艺。涂层结构为：“等离子喷涂铝包镍涂层+等离子喷涂氧化铝涂层+高温耐热胶层”，涂层的制备工艺包括吹砂、底层喷涂、氧化铝喷涂。介绍了高温耐热胶的研制过程和栅格翼防热涂层经受发动机喷流试验的情况。     

基于预处理方法的冲压式翼伞非定常气动特性数值研究

开展绕冲压式翼伞内外一体化流场的二维、不可压、非定常数值模拟。采用预处理的双时间步长方法 ,研究了冲压式翼伞在有攻角飞行时阻力、升力的瞬态特性和非定常旋涡脱落对翼伞气动力的影响问题。气动力特性的计算值与实验结果吻合较好 ,并观察到升力和阻力在大攻角飞行中的周期性变化规律。同时流场的瞬态特性证实上翼面旋涡的发展与运动是导致翼伞气动力脉动的主要原因。计算发现在前缘切口的冲压作用下 ,翼伞内部的压力较高 ,气流几乎保持滞止 ,这是维持翼伞充气外形的主要原因。     

当今翼伞技术的发展

文中介绍近几年国外针对翼伞阻力特性对翼伞翼型结构等方面所作的改进。这些改进不仅应用在运动翼伞上,而且还应用在常规翼伞上,文中还介绍了大面积翼伞的研究情况,当前已把翼伞的回收重量提高到16.3t,翼伞面积已达1000m~2,所有这些表明翼伞的发展非常迅速,对民用及国防建设有重大意义。     

基于预处理方法的冲压式翼伞非定常气动特性数值研究

开展绕冲压式翼伞内外一体化流场的二维、不可压、非定常数值模拟。采用预处理的双时间步长方法，研究了冲压式翼伞在有攻角飞行时阻力、升力的瞬态特性和非定常旋涡脱落对翼伞气动力的影响问题。气动力特性的计算值与实验结果吻合较好，并观察到升力和阻力在大攻角飞行中的周期性变化规律。同时流场的瞬态特性证实上翼面旋涡的发展与运动是导致翼伞气动力脉动的主要原因。计算发现在前缘切口的冲压作用下，翼伞内部的压力较高，气流几乎保持滞止，这是维持翼伞充气外形的主要原因。     

当今翼伞技术的发展

文中介绍近几年国外针对翼伞阻力特性对翼伞翼型结构等方面所作的改进。这些改进 应用在运动翼伞上，而且还应用在常规翼伞上，文中还介绍了大面积翼伞的研究情况，当前马翼伞的回收重量到１６．３ｔ，翼伞面积这１０００ｍ＾２，所有这些表明翼伞的发展非常迅速，对民用及国防建设有重大意义。     

雾化过程的数值模拟研究综述

雾化过程的数值模拟主要有3类方法：简单工程模型、准直接数值模拟和多尺度仿真.对这3类方法的基本思想、优缺点和研究应用等情况进行了全面的总结.雾化过程的多尺度仿真,对大块液体的运动采用准直接数值模拟的思想,对小于网格尺度的小液滴采用模型来封闭.这种方法不仅能够反映雾化过程的主要特性,而且计算量适中,已经成为雾化过程数值模拟新的研究方向.     

复合结构喷管热强度有限元分析

本文采用有限元法对复合结构喷管进行了二维瞬态温度场和应力场计算。在温度场计算中采用了网络变换法对考虑烧蚀动边界并有效地消除了大温度梯度情况下温度振荡现象，算例表明，本文提供的分析方法简单可靠，易于工程实践采用。     

一种卫星推进系统复合材料氦气瓶设计及验证

在忽略内衬的条件下,对一种卫星推进系统复合材料氦气瓶进行了初步设计,并在考虑内衬的情况下,对初步设计的结果进行了详细设计和改进,获得了气瓶的内衬厚度、螺旋纤维和环向纤维厚度及缠绕角等参数。用有限元法对所设计的氦气瓶进行静力学、稳定性和模态分析,并作了完整的鉴定试验。设计和验证结果表明,基于网格理论的复合材料容器设计法可用于空间高压气瓶的设计,用有限元法对气瓶的力学性能进行分析和验证。两者结合,可有效满足复合材料压力容器设计及其分析的工程需求。     

固体发动机点火燃气流动与药柱变形耦合过程数值模拟(英文)

采用MpCC I耦合器作为FLUENT和ANSYS的数据交换平台,对带径向翼槽大长径比固体发动机点火过程中的流固耦合现象进行了数值模拟。结果表明,该型发动机点火瞬间燃气流动与药柱变形强烈耦合,药柱变形主要发生在径向翼槽台阶的尖点处,且随点火过程的推进变形加剧;中间翼槽尖点处药柱的变形量比头部翼槽处大,是造成发动机点火故障的主要原因。计算获得了点火压力冲击下药柱的位移及应力场的分布规律,文中的研究结果可为流固耦合技术在固体发动机上的应用奠定一定的基础。     

基于网格的分布式仿真技术

介绍了网格技术及其国内外研究情况、基于网格的分布式仿真的关键技术 ,包括 :体系结构、自适应网格动态变化技术、负载平衡技术、通信质量控制技术。     

空间核电源热管式辐射散热器热分析与参数优化

针对空间热管辐射散热器的特殊工况对散热器进行热分析建模，通过分析其传热原理，建立出热阻模型，并通过和实际设计进行对比，验证模型和计算方法的可行性。选取翅根温度、翅片长度和翅片厚度等参量作为约束条件，分别对热管式空间辐射散热器的翅片散热效率和系统质量特性进行优化分析，获得最优设计参数。     

Adaptive sparse grid quadrature filter for spacecraft relative navigation

This paper explores a novel adaptive sparse grid quadrature filter. The sparse grid quadrature approach has been recently developed for nonlinear estimation problems to alleviate the curse-of-dimensionality issue of the Gauss–Hermite quadrature filter. Accuracy level of the sparse grid quadrature filter is an important tuning factor that affects desired performance. The proposed filter autonomously adjusts the accuracy level of the sparse grid quadrature rule in both prediction and update steps by increasing the level gradually until an adaptation criterion is satisfied. The adaptation criterion is derived based on a quadrature error estimator. The nestedness property of sparse grid quadrature rule enables efficient computation in adaptation by reusing quadrature points of the previous level sparse grid quadrature. An application to spacecraft relative navigation has been made to demonstrate the adaptive spare grid quadrature filter outperforming the extended Kalman filter and the unscented Kalman filter.     

用非结构直角网格和欧拉方程计算运载火箭绕流

采用八叉树结构，物面附近用投影法，生成运载火箭绕流计算的非结构直角网格。并将Jameson的有限体积法推广用于这种网格的欧拉方程计算。算例表明，网格生成的时机化费很少，质量好；欧拉方程解算的收敛质量也好。