多目标约束下的民机舱室气流组织优化研究

民机客舱内的气流组织和人体热舒适性受到送风形式、送风温度和风量等多种因素的影响。在现代民机舱室设计中,客舱新风的送风形式很大程度逐渐受限于舱室美学设计方案。本文采用CFD流体仿真技术,结合客舱内饰设计对民机客舱的热环境和舱内人体热舒适性进行研究。本文建立了适用于民机客舱热环境仿真的多目标优化方法,对新型行李箱结构设计下的顶部送风口的位置进行优化分析,优化结果能够明显改善民机客舱内的空气分布和乘客的热舒适性。研究发现新型行李箱结构会使得顶部新风产生贴壁流动的康达效应。康达效应会很大程度上改变顶部新风的流动轨迹,影响新风利用率和乘客的舒适性。     

加齿调控个性化风口流场多尺度湍涡结构的实验研究

客机座舱个性化风口是座舱环控系统中重要的送风单元，其主要作用为快速通风、换热，对乘客的热舒适起到改善作用，但现有个性化送风常引起乘客头部的强烈吹风感。本文通过对现有个性化风口进行边缘加齿的优化设计，调控风口流场中不同尺度的湍涡成分，降低吹风感，从而获得使人体更为舒适的气流流场。实验中使用高时间分辨率热线风速仪，精细测量安装不同尺寸加齿喷嘴的风口流场，采用子波分析的方法对流场多尺度湍涡成分进行分析，对比不同尺寸大小的加齿喷嘴对个性化风口流场多尺度湍涡成分的调控效果，得出齿尖间距离为5mm时，个性化风口的送风使人体更舒适。个性化风口圆环射流经过加齿调控，增强了动量、能量和质量交换，降低了含能尺度的湍流强度，从而降低了吹风感，提高了流场的舒适性。     

客舱供风初步设计与分析

利用商业CFD软件对客舱气流组织进行数值模拟,计算并分析比较了不同送风方式对舱内气流组织的影响。结果表明：客舱内采用天花板结合侧壁的送风方式与单纯的天花板送风方式相比,能够形成相对更均匀的流场和温度场,改善机上人员的舒适性。     

相变服装对人体动态热感觉影响模型

为了探讨加入相变微胶囊后服装的热舒适性,发展了一个着相变服装的人体动态热感觉评价系统.该系统由改进的25节点人体热调节模型,含相变微胶囊的服装动态热、湿传递模型和人体动态热感觉评价模型组成.通过人体-相变服装-环境系统的运行模拟环境和服装对人体热响应的影响,将人体的热响应作为动态热感觉评价模型的输入来预测人体的热感觉.模型预测与实验数据进行了比较,具有满意的精度.预测和比较不同相变材料含量的服装穿着动态热感觉特性,结论表明:在合适的范围内,含相变微胶囊较多的服装具有更好的热感觉和舒适性.     

某型飞机客舱座椅人体振动舒适性评价研究

针对某型飞机客舱座椅区域振动过大的问题,开展人体振动舒适性评价研究。依据国际标准ISO2631对飞机客舱座椅人体振动舒适性进行评价;同时,建立人体振动舒适性试验平台,以飞机客舱座椅实测振动数据为基础,研究频率、振幅等参数对人体振动舒适性影响。结果表明200Hz以下是引起人体不适的主要原因,为飞机客舱减振设计提供依据。     

基于狭缝湍射流多尺度特征研究的机舱条缝送风口内结构的优化设计

针对 MD-82真实客机座舱内现有的壁面条缝型送风口流场平均流速沿座舱轴向分布的不均匀性,提出了一种送风口条缝形芯内结构的设计,使条缝型送风口处气流混合更加均匀,湍流发展更充分,平均流速沿座舱轴向分布更加均匀。并利用热线测速技术,精细测量条缝型送风口流场进行验证。从吹风感舒适性要求出发,利用子波分析,对条缝型送风口流场不同位置的瞬时速度时间序列信号作多尺度湍涡成分分析。结果表明:加装了条缝形芯内结构的条缝送风口流场的气流脉动特征频率始终维持在21.83Hz 左右,而导致人最不舒适的空气速度脉动频率为0.2~0.6Hz,从而证实加装了条缝形芯内结构的条缝送风口流场的气流提高了人体感觉的舒适性。     

回风箱对空调房热舒适度的影响

针对中央空调末端系统中风机盘管回风箱安装与否,从理论及数值模拟两方面对空调房热舒适性进行了分析。通过理论分析发现,制冷量相同情况下,带回风箱的风机盘管送风量更大,室内温度达到均匀所需时间更短。通过数值模拟发现,带回风箱的空调房间温度梯度小,温度分布更为均匀。带回风箱的中央空调末端更具优势。     

飞机操纵装置优化布局

针对我国开展的大飞机开发与研制,对飞机操纵装置优化布局开展了三个方面的研究与探讨。1）采用计算机图形学和人机工效评价软件JACK对座舱布局特别是操纵装置布局进行工效分析,从手的作业舒适域和腰椎受力分析探讨了操纵装置布局的合理性;2）提出了人体简易力学模型对腰椎受力进行了计算;3）采用人体运动仿真给出了适于操纵装置布局的手的作业舒适域。     

办公桌冬季个性化送风非稳态模拟研究

在不设置背景空调的情况下,对不同送风角度的两个办公桌桌面送风模型进行冬季送风非稳态数值模拟,监测6min内各监测点的温度变化情况,研究周围温度场趋于稳定的作用时间。得到具有相同送风量和外侧倾角的同一几何模型,送风温度场会随下倾角度的变化而变化;作用时间和稳定温度还与距离送风口远近有关;相比于传统空调器作用快速、使用范围广。     

基于着色Petri网的维修作业建模与人机工效分析

基于着色Petri网和CPN Tools平台,研究了维修作业过程的建模方法,提出了维修作业过程建模方法与步骤,采用模特法计算每一步操作所需时间值,采用人体动作代谢能耗预测模型计算每个操作的能耗值,实现了维修作业建模与仿真、作业序列的控制以及维修人员工作负荷和工作时间的定量计算。以A320飞机前起落架轮胎拆卸作业为例,采用CPN Tools软件进行了维修作业建模和仿真模拟,验证了模型和方法的可行性与有效性。该方法引入了传统维修作业模型中没有涉及的人机工效因素,能够有效评价维修人员的作业舒适性。     

飞机座舱内空气速度和温度分布的数值模拟

飞机座舱内空气的流场和温度场直接影响到乘员的舒适性。本文应用雷诺平均Navier-Stokes方程和Launder-Sharma低雷诺数模型计算了飞机座舱内的流场和温度场。文中对对流－扩散方程中的对流项分别采用低阶和高阶精度格式进行了离散，计算结果表明高阶精度格式更适合飞机座舱内空气分布的数值模拟。     

飞机空调系统对座舱微环境空气质量和热舒适性的影响综述

对近20年来的飞机座舱空气调节方法进行了综述.首先,对飞机座舱微环境下的空气质量、污染物扩散、热舒适性等进行了分析评估.然后,阐述了飞机座舱空气环境研究的实验和数值方法.最后,进一步分析了相关研究方法的优缺点,并对不同研究方法的前瞻性研究对象和新一代环控系统进行了展望.     

自动铺丝轨迹理论铺放角度偏差算法

铺放角是复合材料铺层设计的重要参数,在对铺层进行轨迹规划时采取不同的规划算法可能会导致轨迹角度偏离设计角度。本文从轨迹的方向性和可铺放性对固定角度法和测地线法进行了对比分析,在此基础上研究了复合材料自动铺丝轨迹的理论铺放角度偏差,提出了计算理论铺放角度偏差的几何算法,并基于Visual Studio 2010平台,应用CATIA二次开发技术实现了理论铺放角度偏差的计算。最后通过计算复合材料截锥壳45°测地线轨迹的铺放角度偏差验证了角度偏差算法的可行性、可靠性、实用性与高效性。     

气动加热环境下大攻角翼面超音速颤振分析

研究大攻角翼面超音速热颤振的分析方法,内容包括气动加热、温度场、热应力和热模态分析,大攻角翼面非定常气动力计算和热颤振分析。提供了一套从流场分析开始到颤振临界参数搜索的一体化热颤振工程分析方法。气动力方面,应用激波膨胀波理论计算大攻角翼面的当地流场参数;应用参考焓方法计算大攻角翼面气动加热的热流密度;以当地流活塞理论计算翼面超音速非定常气动力。结构方面,利用有限元方法进行翼面瞬态温度场和热模态分析,然后用模态叠加法建立颤振运动方程;应用状态空间法和时域递推积分的方法求解颤振运动方程。工程实例的热颤振分析表明,在Ma〉3的高马赫数下热颤振临界动压比常温的颤振临界动压明显下降,高马赫数下翼面的热颤振分析在工程设计中值得重视。     

温度载荷对壁板动力学特性的影响

提出了一种新的结构热应力、热模态求解方法。采用多变量有限元方法进行几何非线性单元列式,将温度的影响转化成热载荷进行静力学非线性有限元分析得到结构内部热应力,然后计算受热应力影响的结构非线性热刚度矩阵。由热刚度矩阵和质量矩阵进行广义特征值分析得到结构的热模态及其模态频率。最后,给出了热屈曲的计算方法。针对典型壁板结构计算了热应力和热模态,计算结果与Nastran相差在10%以内,分析了热应力对壁板结构动力学特性的影响。     

民用飞机客舱构型选装方案研讨

对客舱构型选装的重要性、安全性和经济性进行分析,阐述在低运营及维护成本的条件下,如何实现客舱的先进性和舒适性,从而满足航空公司的品牌要求、业务战略要求和其他要求。并针对低成本航空公司提出了切实可行的客舱构型选装的初步方案,给目前低成本航空公司的发展提供一定的参考价值。     

燃油冷却面板传热特性试验与计算分析研究

采用热电偶测温、气壁红外测温及燃油样品裂解度测量等多种手段,在DJ-21电弧加热器上进行了燃油冷却面板传热特性试验.进行了共计19次燃油冷却面板传热特性试验,试验高状态对应平均热流为1.6MW/m2,低状态对应平均热流为1.1MW/m2;用于冷却的燃油质量流率为1.84~5.8g/s.为了反映冷却面板热流密度分布,以喷管三维流动计算结果作为输入条件,将计算得到的热流密度与试验测量的冷壁热流密度比较,用以确定流场计算方案、流场切取方案和热流密度计算方案.发展了冷却面板稳态准三维热分析程序,将等效热流对应的冷壁对流换热系数和燃气总温作为高温燃气侧的边界条件.使用热分析程序完成了相应的计算.通过试验与计算数据对比研究,表明热分析计算的可信性.试验验证了冷却面板的设计与加上是可行的.     

基于模态与遗传优化的某卡车振动特性分析

针对汽车驾驶室在常用高速(65～80 km/h)时,驾驶室左右晃动的振动问题,分别建立了车体、车体与板簧的系统模型,通过试验和仿真计算得到了其自由与约束状态下的振动模态分布,找到了驾驶室产生晃动的主要原因.以板簧刚度、车体刚度为变量,将约束模态分析与遗传算法相结合,对板簧和车体组成的系统进行了优化,并通过改进使常用车速下的驾驶室响应达到了舒适性要求.     

加热圆管流动热阻力及熵产的数值分析

本文利用数值计算方法,对圆管加热流动的热阻力和熵产进行了综合分析研究。以空气加热圆管为例,通过联立求解流体力学基本方程和熵产方程,获得了热阻力、熵产及其随加热量、管长而变化的关系。数值分析结果表明,加热流动中的热阻力与熵产二者之间存在着对应相关的关系。     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。