基于光滑粒子流体动力学的波浪中航行体入水数值模拟

航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用四元数法计算物体六自由度运动,建立了波浪条件下入水模拟的数值水池。通过对静水中方块体垂直落水和航行体倾斜入水运动轨迹和冲击载荷的模拟,对比于实验参考结果,验证了数值模型的计算精度。随后,在SPH数值波浪水池中对航行体在不同波浪相位角下的高速入水过程开展研究,结果表明航行体弹道稳定性受到波浪相位角影响显著,0°相位角入水时弹道最为稳定。该新型SPH数值水池能够实现航行体波浪中入水过程的精确预报。     

自由面碎冰浮冰环境高速入水动力学特性

为了研究碎冰环境下航行体高速入水过程中的空泡流场演化、航行体动力学响应以及碎冰载荷特性等规律,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立了碎冰环境下的航行体高速入水流固耦合计算模型,并与高速入水试验、冰材料三点弯矩试验对比验证了方法的有效性和冰材料模型的可靠性。利用构建完成的高速入水流固耦合计算模型重点研究了碎冰以及碎冰间隙对航行体入水过程流场、动力学参数以及载荷的影响。研究结果表明：碎冰的存在对航行体入水后的水面抬升以及产生的飞溅演化存在抑制作用;碎冰环境下航行体的入水冲击载荷显著增加,其过程相较于无冰环境具有更大的动能损耗,但其砰击载荷持续时间与无冰环境入水过程一致;入水形成的飞溅冠连续性随着碎冰间隙的增加而增加,一定碎冰间隙范围内,航行体瞬时砰击载荷与间隙大小呈负相关关系,间隙足够大时,砰击载荷变化相对较小。     

稀疏型气膜出流内部冷气侧换热特性实验研究

目前航空发动机涡轮叶片的弦中区大多采用稀疏型(相对叶片前缘)气膜冷却技术。实验研究了这种复合冷却方式中带有冲击射流和没有冲击射流两种情况下的稀疏型气膜出流内部冷气侧换热特性,通过对大量的实验数据分析,得出了诸多流动及几何参数对叶片内表面换热特性的影响,并在实验参数范围内整理出了换热准则关系式。其分析结果及相应准则关系式对叶片的结构设计具有直接的指导意义。      

人体冲撞耐受性分析中的数值模型

 对人体在驾驶椅上臀部和头部受冲击载荷作用时的动力响应做了有限元计算分析,工况参照直升机垂直坠毁过程的人员生存性评估标准,材料选用可描述人体生物本构特性的参数,载荷分为定速垂直冲撞型和外力作用型,包括：阶跃载荷、矩形脉冲载荷和三角形脉冲载荷。结果显示,对于各种工况,颈部均出现较高应力,为危险区域。对于头部受不同形式冲击载荷作用的情况,颅骨的动力响应基本保持一致,说明颅骨的响应对载荷形状不敏感。     

加筋复合材料结构的冲击载荷识别

 提出了一种冲击载荷识别方法,同时识别冲击位置并重建冲击载荷时间历程。该方法采用一组适当的参数来表示冲击载荷,将时域内的载荷识别问题转换为参数识别问题;通过最小化冲击响应模型计算结果与实际量测信息之间的差别,智能优化方法自适应地识别出描述冲击位置和载荷时间历程的参数。该方法算法明确、过程简单、通用性强。将此方法应用于复合材料加筋结构的冲击载荷识别,加筋结构等效为材料性质不均匀分布的层板结构,采用假设模态法建立正向冲击响应模型。数值仿真结果表明了本方法的有效性和可应用性。     

高超声速再入飞行器气动特性的快速预示—局部方法的推广应用

本文将计算高超声速稀薄气流过渡领域中气动特性的局部方法,推广应用到连续介质中弹头型高超声速再入飞行器气动力特性的快速估算。由激波风洞中M_∞=9.9时,一个8°钝锥的气动力测量结果,导出这一实验条件下的领域系数,并以此来估算不同锥角、不同钝度比及不同外形弹头型再入飞行器的气动力和力矩系数,其结果与无粘数值解及实验结果作了比较,在攻角2°～14°范围内吻合得很好。局部方法可用于弹头型高超声速再入飞行器气动特性的快速预示。     

基于CFD/CSD耦合方法的新型桨尖旋翼气动弹性载荷计算

为提高旋翼非定常气动弹性载荷的分析精度,在刚性旋翼计算流体力学(CFD)方法中引入计算结构动力学(CSD)方法,建立了一套适合于新型桨尖旋翼气动弹性载荷分析的CFD/CSD耦合方法。旋翼流场分析采用NavierStokes/Euler方程作为控制方程,围绕旋翼生成运动嵌套网格。在流场求解中,采用双时间法推进,通量计算采用Jameson中心格式,并采用B-L(Baldwin-Lomax)湍流模型。基于Hamilton变分原理和中等变形梁理论开展桨叶弹性运动变形分析,并发展了一套具有任意转角梁单元的新方法以提高新型桨尖旋翼的动力学分析精度。采用基于代数变换方法的网格变形策略,建立了一套CFD/CSD松耦合方法,桨叶运动变形和旋翼气动力信息通过流固交接面传递。首先分别对CSD和CFD模块进行了验证,然后计算了UH-60A旋翼在高速前飞状态下的气动弹性载荷,并与试验值进行了对比,最后重点对旋翼桨尖形状进行了参数分析。计算结果表明,相比于升力线理论和刚性旋翼CFD方法,CFD/CSD耦合方法可以显著提高旋翼非定常气动弹性载荷的分析精度,并能更准确地反映新型桨尖旋翼的气动弹性耦合效应;同时采用后掠桨尖在桨叶前行侧30°~90°方位角范围可以显著降低激波强度,有利于改善旋翼的气动特性。     

单个柔性旗帜在均匀流中摆动的测力实验

利用自行研制的测力天平在低速风洞中对单个柔性旗帜失稳摆动的受力特性进行了测量,同时还测量了旗帜的振幅、频率等参数。实验结果表明：在实验条件下,宽长比H^＊接近1时,旗帜摆动的扭曲变形可以忽略;影响实验的无量纲参数主要是宽长比H^＊,质量比M^＊和无量纲速度V^＊;保持质量比M^＊不变、改变宽长比H。时,阻力系数C^＊、无量纲振幅A^＊和Sf数都随无量纲速度V^＊线性增大;保持H^＊不变、改变M^＊时,C^＊、A^＊和ST都随V^＊先增大后趋于定值。实验证明,在实验参数范围内旗帜受到的阻力与摆动振幅成正比。估算结果表明忽略惯性力对阻力的贡献对结果影响不大。     

两种桨尖形状旋翼模型试验特性对比

本文介绍了一副研制型旋翼模型在CARDC 8m×6m低速风沿的试验概况,给出了两种桨尖形状旋翼模型试验的悬停效率、前飞需用功率、变距拉杆载荷、桨叶载荷及振动特性的对比结果。并对结果进行分析,得出不同桨尖形状对旋翼一些特性的贡献。     

新型桨尖旋翼气动布局计算及试验验证

建立了一套适合于新型桨尖旋翼气动特性分析的计算方法,利用该方法计算分析了扭转及弦长分布等参数变化对新型桨尖旋翼气动特性的影响,对新型桨尖旋翼和抛物线后掠旋翼的气动特性进行了数值模拟,开展了新型桨尖旋翼和抛物线后掠旋翼的悬停气动性能试验研究,验证了理论分析的结果。     

Doppler Radar for Impact Drag Measurements

A Doppler radar tracking system has been used successfully to measure impact drag coefficients for several water-entry configurations. Hemisphere-cylinder and cone-cylinder models were launched vertically into a tank of water at velocities between 100 and 200 feet per second. These launchings were evaluation tests for a system to be used in a new facility at the Naval Ordnance Laboratory?the Hydroballistics Tank. Planned launchings in that facility will be at velocities up to 3000 feet per second. Knowledge of the drag coefficient profile (CD versus depth of penetration) is important in the design of high-velocity water-entry weapons.     

大迎角下椭圆截面头部细长体的涡系和压强分布

本文对具有椭圆截面头部和尖拱形头部的细长体在大迎角下进行了涡系流态观察和表面压强分布测量。研究阐明了大迎角侧滑下细长体的头部几何形状与其所生的复杂涡系之间的相互关系,以及与此相应的截面压强分布和轴向侧力分布的变化。通过详细地了解整个流动情况,揭示了具有扁平头部的细长机体能够增大航向静稳定性的机理。     

高超声速飞行器碳基头锥烧蚀外形计算

高超声速飞行器头锥部位的烧蚀外形会影响飞行器的升阻比和飞行器的稳定性,烧蚀外形的准确评估对于长时间滑翔式飞行器的综合设计具有重要意义。本文介绍了头锥烧蚀外形计算方法,基于该方法对飞行器头锥烧蚀外形进行了仿真研究,某飞行器头锥烧蚀的仿真结果与试验结果吻合良好。对比了飞行器进行俯仰运动和滚转运动时的烧蚀外形,总结了烧蚀外形随飞行状态变化的演变规律,俯仰运动影响头锥迎风面和背风面的烧蚀量,滚转运动影响头锥烧蚀位置。     

细长杆用于超音速飞行器降噪的数值分析

在超音速飞机头部加装合理设计的细长杆可有效降低飞行噪音.基于Fluent准三维数值模拟手段对多组细长杆设计方案进行模拟分析,对比其对远场压力的影响,以比较各类细长杆的降噪效果,根据气动理论对数值结果作出解释,揭示细长杆的降噪效果与其外形的内在联系;从远场压力最大值、远场压力曲线形状等不同方面分析细长杆对音爆的影响.结果表明:6 m长的12.5°半锥角单级锥形细长杆有明显的降噪效果;合理设计的多级细长杆可明显降低初始过压值,并能延迟远场压力达到最大值的时间;凹凹面、凹锥面、凸凹面和凸锥面的细长杆能够降低远场压力峰值,改善压力曲线的形状,具有较好的降噪作用;细长杆产生的强膨胀波能在激波传播过程中大幅削弱机头激波,从而削弱音爆水平.     

民用飞机起落架缓冲器选型与对比分析研究

以民用飞机前起落架和主起落架为研究对象,首先运用Delphi和SQLServer开发了民用飞机缓冲器参数设计程序,计算了前起落架采用单腔定油孔型式和单腔变油孔型式、主起落架采用单腔定油孔型式和双腔定油孔型式的缓冲器的设计参数;然后基于ADAMS/Aircraft模块分别建立了前起落架和主起落架的虚拟样机,并进行落震仿真分析,仿真结果符合要求;最后通过仿真结果进行起落架缓冲器不同型式的对比分析。研究结果表明：单腔变油孔型式较单腔定油孔型式提高了缓冲器的缓冲效率、双腔定油孔型式较单腔定油孔型式在大的下沉速度下降低了缓冲器的过载。     

机翼跨声速绕流的Galerkin有限元解法

本文给出了翼型和机翼跨声速绕流的Galerkin带权余数有限元解法。利用一系列适当形状的元素将计算区域离散,在元素内采用线性插值函数。对于超临界流动,文中采用了适合于有限元法的超声速上风技术,具有捕捉激波的能力。将这种技术应用于线松弛迭代解法中,在计算钝头翼型和机翼绕流时,都获得了成功。     

细长体分离起始点的实验研究

本文实验研究了细长体模型在中等迎角下的初始分离问题。观察了不同头部形状的细长体在不同迎角下的分离流态。考察并分析了分离起始点的性质。观察到开式分离的存在,实验结果分析认为开式分离可以起始于正常点。此外,在钝头和尖头模型上都出现了螺旋点形式的头部涡。它们或是闭式分离的起始点,或是奇点型开式分离的起始点。     

高速平板着水数值模拟

探索和揭示物体入水冲击的流体力学现象与机理对飞行器水上迫降问题的研究有重要的参考价值。对高速平板着水涉及到的复杂物理问题展开数值模拟,采用有限体积法求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程和标准k-ε湍流模型,流体体积(VOF)模型捕捉水气交界面,整体动网格技术处理平板与水面的相对运动。在二维楔形体入水冲击的算例验证基础上,详细研究平板高速着水引起流体喷溅、射流、空气垫等现象和平板底面压力变化历程,结果表明:空气垫现象明显,俯仰角4°平板下表面出现规律的空气泡,10°时则不存在;平板下表面的水体沿壁面运动,当俯仰角为10°时,壁面水体的运动速度显著增加;在大俯仰角的情况下明显出现负压区。     

高超声速前缘空腔数值模拟研究

介绍了一种前缘空腔高超声速被动流动控制方法并将其应用于轴对称钝锥外形,采用高分辨率的CFD数值模拟方法对不同参数的前缘空腔外形进行了对比研究,阐述了高超声速前缘空腔降低前缘壁面热流的机理,总结了不同空腔参数对空腔外形气动力、热的影响规律。结果表明,合理设计空腔参数可以使空腔外形的前缘壁面热流有较大程度的降低,并且不影响外形的升阻比等气动特性。     

轮胎刚度特性对大型民机前起落架摆振影响研究

轮胎刚度作为轮胎动力学模型的重要参数之一,研究其对大型民机前起落架摆振的影响规律,可以从前起落架防摆设计的角度为轮胎刚度设计提供参考依据。基于前起落架摆振非线性数学模型,使用Matlab/Matcont 软件计算不同轮胎扭转刚度、轮胎侧弯刚度下的摆振区域图;研究轮胎扭转刚度、轮胎侧弯刚度对前起落架摆振的影响规律,并对比二者对前起落架摆振影响的敏感度。结果表明：对前起落架摆振影响的敏感性,轮胎扭转刚度大于轮胎侧弯刚度;轮胎回正力矩系数每减小1%,扭转摆振最大临界阻尼减小0.88%,侧向摆振中速区最小临界减摆阻尼增大33.87%;减小轮胎扭转刚度,增大轮胎侧弯刚度有利于抑制大型民机前起落架摆振。