运载火箭整流罩内声场空间相关特性研究

运载火箭起飞段发动机喷流经过导流槽、发射台产生的噪声载荷会对地面发射设备造成一定的破坏,由噪声引发的振动对于运载火箭自身也会造成严重影响。总声压级、声功率谱密度及空间相关系数3个参数可描述完整的噪声场,但空间相关系数关注很少。由于空间相关特性的差异,同一声压级不同性质的噪声场在结构上产生的振动响应不同。从噪声场空间相关的基础理论出发,给出了空间相关理论曲线,研究了混响室空间相关特性;以某型号运载火箭整流罩为研究对象,开展星箭系统级噪声试验,获取了运载火箭表面声场分布规律,并基于试验数据研究了空间相关归一化表征方法,对比分析了混响室和整流罩内声场特性,结果表明整流罩内声场与混响声场空间相关特性接近,为运载火箭载荷与环境设计提供输入,为整流罩及有效载荷噪声环境试验方案设计提供支持。     

典型爆炸螺栓承载能力研究

在一次整流罩倒锥段的联合静力试验中,Ⅲ象限爆炸螺栓在未达到1．5倍设计载荷作用下出现假品拉断现象。为了揭示爆炸螺栓破坏的内在机理,分别建立了整流罩倒锥段整体有限元模型及爆炸螺栓精细有限元模型,对试验及飞行状态进行了计算仿真,有限元仿真结果与理论分析结果一致性较好。研究结果合理解释了爆炸螺栓破坏的内在机理,对该类型爆炸螺栓的承载能力有了更深刻的认识,为爆炸螺栓结构及技术指标的改进提供了理论依据,在螺栓的选型及安装等方面为设计部门给予了技术支撑。     

超声波检测工艺与声场观测的虚拟仿真实验教学研究与实践

虚拟仿真实验可在计算机上模拟现场实验过程,有望解决超声波无损检测实验教学中操作步骤多、难以实时监控、成本高的问题。本研究构建了超声波无损检测实验的虚拟仿真平台,在关键操作步骤中增加声场分析与控制功能,并构建了支撑虚拟仿真实验教学的多维线上教学平台。本虚拟仿真实验可帮助学生熟练掌握检测工艺、厘清检测参数-声场变化-检测结果的相互关系,使学生在深入理解检测声场控制理论的基础上培养学生的创新实践能力。     

进气道整流罩全尺度动态分离试验研究

进气道整流罩可以有效避免低马赫数飞行条件下进气道不起动的问题，在高速飞行器中得到广泛使用。整流罩分离过程直接关系到飞行器安全，在地面进行全尺度整流罩分离过程试验验证非常必要。利用JF-12激波风洞设备结构简单、尺度大和动压较高的优势，推导了适用于高速动态分离试验的相似准则，发展了高速分离轨迹观测技术、精确时序控制技术以及必要的风洞防护措施，建立了基于JF-12激波风洞的高速动态全尺度分离试验技术。利用该技术，针对配有进气道整流罩的飞行器前体，以50kPa动压试验条件实现了高动压（100kPa）条件下的动态分离轨迹模拟。     

基于改进FxLMS算法的空间噪声主动控制研究

针对运载火箭在起飞和飞行过程中面临的噪声问题,噪声的主动控制逐渐得到应用,本文介绍了噪声主动控制算法的基本原理,针对自适应滤波前馈算法的稳定性和控制精度问题,提出一种基于归一化泄露FXLMS算法的前馈主动降噪方法。首先采用状态空间方法进行声场次级通道辨识试验,辨识精度较FIR数字滤波器要高,为声场控制提供高精度控制模型;其次通过仿真研究了收敛系数μ、滤波器阶数L对收敛速度和稳态误差的影响规律,结果表明,采用低滤波器阶数L=16,收敛因子μ=0.001能够保证控制系统的稳定性与精度;最后开展了基于改进FxLMS算法的空间噪声主动控制试验,试验结果表明,基于改进FXLMS算法,能够使随机激励下控制区的声压显著降低。     

涵道尾桨噪声辐射特性研究

通过理论和试验对涵道尾桨噪声辐射特性进行了研究.建立了涵道尾桨气动噪声的频域分析方法,采用面元-涡流理论计算涵道尾桨的气动载荷,采用Farassat 1A公式计算尾桨的自由声场噪声,涵道的声学散射效应通过频域的边界元法进行计算.通过对试验结果的分析研究了涵道尾桨噪声的辐射特性,并且利用试验结果对理论分析方法进行了验证.     

跨声速流动激波边界层干扰分离流动特征研究

基于改进延迟脱落涡（IDDES）方法，针对对跨声速流动范围内的球头锥形火箭整流罩绕流流场进行了大涡模拟/雷诺平均（LES/RANS）混和模拟。通过与国内外文献中的实验和数值模拟结果进行对比，验证了IDDES模拟能够充分捕捉到跨声速流动中激波边界层相互干扰导致的分离流动特征。模拟结果显示整流罩表面时均压力分布与试验吻合一致，脉动压力峰值位置能够准确预测。通过对分离泡区域内的速度场进行谱特征正交分解（SPOD），得到流场中的主要含能结构，以及流动结构的频谱与模态特征。结果表明激波分离泡区域主要振荡能量集中在前四阶SPOD模态，其中一阶主模态表现出明显的呼吸特征，为发展表面压力脉动的控制技术提供了新的思路。     

考虑相变时间效应的结冰试验相似参数

结冰风洞试验是进行飞机结冰和防除冰研究的主要手段,结冰试验相似准则是进行结冰风洞试验的理论基础。针对目前的结冰试验相似准则在明冰模拟方面的不足,本文采用液/固相变的基本理论,对飞机结冰过程的液/固相变传热特性进行了分析和研究。在此基础上,提出了一个新的结冰试验相似参数CT,该参数与基于Messinger结冰热力学模型所得到的相似参数的主要区别是考虑到了结冰的干模式和湿模式,体现了相变的时间效应。通过将新的相似参数引入现有结冰试验相似准则中,可有效避免试验压力与速度选取的随意性。以 NA-CA0012翼型和某超临界翼型为对象,对新相似参数的有效性进行了数值仿真评估,结果显示,采用本文提出的相似参数及相应的试验参数确定方法,能够得到与参考条件一致的水滴收集率和结冰,初步说明新相似参数的是有效的,研究结果对于提高明冰及混合冰试验模拟的精度具有较好的参考价值。     

共轴刚性旋翼桨毂阻力特性试验研究

为研究高速直升机共轴刚性旋翼桨毂的阻力特性,采用自研的桨毂模型试验台,在中国空气动力研究与发展中心FL-14风洞开展了风洞试验。试验模型为典型的共轴刚性旋翼桨毂模型,包括上、下桨毂整流罩模型和4种中间轴整流罩模型,分别为基准中间轴和基于翼型的优化外形。主要试验内容包括多种桨毂模型在不同转速、不同风速及不同模型姿态角下的阻力特性试验,以及桨根对桨毂阻力特性的影响试验等。风洞试验结果较好地反映了不同桨毂构型的阻力特性差异,获得了中间轴整流罩外形对桨毂阻力的影响规律;试验结果表明最优桨毂构型相对基准桨毂构型,可减阻37%。     

不同亚格子尺度模型对气动噪声仿真精度的影响

大涡模拟（Large Eddy Simulation，LES）湍流模型在汽车外流场及气动噪声模拟计算分析中有着广泛的应用，高精度的非定常流场计算结果是有效进行气动噪声仿真分析的前提和基础。采用现代简易汽车模型（HSM模型），基于不同亚格子模型的LES对其进行非定常流场计算分析以及声场计算，并利用模型内部监测点的实验数据和仿真计算的结果进行对比验证。结果表明，使用WMLES模型可以得到更为准确的结果。     

月球车刚性车轮与模拟月壤相互作用有限元仿真和试验验证

根据三轴试验结果获得了模拟月壤的模型参数,在ABAQUS中基于修正的Drucker Prager Cap弹塑性模型建立了模拟月壤的仿真模型,并通过仿真的压板沉陷试验对试验测到的模型参数进行校正,然后基于该模型对月球车刚性车轮和模拟月壤的相互作用进行了仿真分析和试验验证,结果发现牵引力的计算结果在低滑转率下和试验结果复合较好,而在高滑转率下,计算结果偏大。最后对不同土壤自重下单个月球车车轮的牵引性能变化进行了仿真分析,发现单是土壤自重的变化对车轮牵引性能影响不明显。     

圆形活塞声源声场的分析,计算与测试

幅射瞬态脉冲波的圆形活塞声源在超声检测中得到广泛应用。本文研究了圆形活塞声源幅射瞬态脉冲波时其声场的数值计算方法，设计了相应的计算软件并绘制出实用脉冲波源声轴线上的声压分布曲线。比较了连续波声场和脉冲波声场的分布特性及异同点。对脉冲波源声场的测试结果表明，理论计算和实测结果有较好的一致性．从而证实了计算方法的科学性。本研究结果为提高超声测控的准确性提供了依据。     

半自由声场和混响声场等效转换方法研究

从结构振动场和声场之间的关系出发,计算声激励下的结构响应;通过分析混响声场和半自由声场的基本特性,用试验法获得了声激励下结构模态和不同声场的空间相关系数,利用广义载荷响应等效理论,给出了典型结构在不同声场转换关系下的等效转换关系。     

大型煤气柜风荷载的风洞试验及数值模拟

对某大型煤气柜进行了风洞测压试验及风压数值模拟.分析了试验模型表面风压分布及其脉动特性,并同数值计算结果、规范条文中类似断面结构的风压分布作对比.结果表明:风洞试验中由于结构表面分布的工字钢及表面粗糙度的处理,雷诺数效应对表面风压分布影响并不明显,但对表面绕流场分离区的风压值有一定影响.结构的均方根升力、阻力系数在频域表现为宽带谱;采用基于雷诺平均的RNG k-ε湍流模型能较准确地模拟表面平均风压分布,其计算结果同样可为结构抗风设计提供参考;在不同量级雷诺数下数值模拟得到的平均风压分布能反映出雷诺数效应的影响.     

固体火箭发动机地面热试车试验研究

从试验原理、试验环境和试验方案等方面对固体火箭发动机地面热试车试验进行了完整的介绍,对燃烧室内压力、发动机壳体的振动、冲击和试车台周围的噪声环境等试验结果进行了详细的分析。通过分析,揭示了发动机的内部工作原理,指出了燃烧室内脉动压力类似于白噪声,阐明了舱段的隔声、降噪特性和质量负载、阻尼衰减效应等。后续可通过对这些影响因素及其作用效应进行综合分析,利用数据推演或仿真分析等手段得到导弹真实的环境。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

TB飞机发动机整流罩生产工艺

TB20/200型飞机发动机整流罩因破损而需备件更换,从国外进口备件费用昂贵.我院组织研制生产了代用品.从阻燃性能试验结果看,自制件与原装件的差异很小,自制件完全能够满足TB20/200型飞机发动机整流罩装置协调性要求.本文介绍了TB20/200型飞机发动机整流罩自制件的生产工艺.     

结构可靠性设计中的判定理论

在宇航结构可靠性分析方法的基础上,本文引入了试验方案选择概念,并根据统计判定理论推出了一套判定法。应用这个方法对给定结构部件可决定最佳成本效应设计的因子和试验方案。最后以土星V和航天机的几个结构组件为例,算出了结果。由此结果可以看出:设计费用与重量对最优判据有显著影响。     

TB飞机发动机整流罩生产工艺

TB20／200型飞机发动机整流罩因破损而需备件更换，从国外进口备件费用昂贵。我院组织研制生产了代用品。从阻燃性能试验结果看，自制件与原装件的差异很小，自制件完全能够满足TB20／200型飞机发动机整流罩装置协调性要求。本介绍了TB20／200型飞机发动机整流罩自制件的生产工艺。     

声疲劳试验方法评述

本文评述了在声频范围强噪声下引起振动和疲劳特性的试验方法。主要讨论声场条件,大功率噪声源的产生,声载荷模拟,疲劳裂纹的监察和声疲劳实验方法等的进展并简单介绍了声疲劳理论工作的现状。