脉冲发动机建压段瞬态燃速模型

针对脉冲发动机工作时间短,压强高的特性,对建压阶段的瞬变燃烧过程进行了模型研究。该模型基于非稳态凝聚相能量方程,并耦合气相热反馈为求解该能量方程的边界条件,从而引入压强对燃烧过程的作用。模型中压强的变化规律由同样条件下的试验p-t曲线拟合得到。通过模型计算,可以对建压过程中推进剂表面温度随时间的变化规律、各压强下的瞬态燃速做出预测,结果与试验数据较好地吻合。用该瞬态燃速进行建压段内弹道仿真,与稳态数据相比,更接近实测曲线,表明该模型可以用于脉冲发动机建压段的瞬态燃速的预估。     

微型脉冲推力器点火瞬变过程特性分析

对微型脉冲推力器的点火过渡过程的瞬变燃烧特性进行了研究。选择dp/dt燃速瞬变燃烧模型,结合二维轴对称湍流N-S方程对推力器内流场参数进行了数值计算,获得了推力器点火过程的压强-时间p-t曲线以及推进剂内部温度分布情况。该数值模拟结果与作者获得的推力器试验结果基本一致,说明dp/dt模型也能适用于点火升压速率较高的情况。      

级间分离的流场及热流分析研究

对多级火箭级间热分离过程中，一级、二级发动机的分离流场进行了计算，并分析了分离机构-柱形爆炸器表面的热流分布情况；应用分区非结构化网格，进行了二维可压缩湍流流场的数值模拟，在数值计算中应用了k-ε湍流模型，并考虑壁面热辐射的辐射传热模型；研究了分离过程中，级间区域的流场特性以及同柱形爆炸器的传热情况，数值结果将有助于级间分离装置的热防护结构设计。     

基于水力摩阻经验公式的外涵道流阻计算方法

以水力摩阻手册为基础,通过分析航空发动机外涵道基本结构及流动特点,建立了1套适用于发动机外涵道流阻计算的方法;分析了典型突扩/突收、扩散、摩擦、撞击损失特性和机理,同时对典型结构特征参数的选取原则进行了探讨,确定了适用于发动机外涵道结构特点的特征系数.该方法应用于某型发动机,通过对外涵道典型流路进行区域划分,在分别计算各流路损失系数基础上确定外涵道总的损失系数;外涵道总压损失系数计算结果与试验结果基本一致,验证了方法的有效性.     

一种双脉冲发动机的技术研究

提出了一种带有中间喷管的新型双脉冲固体火箭发动机技术方案，设计了一台结构参数可调的试验发动机；改变发动机的结构参数进行多次点火试验，获得了试验数据；对该发动机的多喉道流动过程建立了二维非稳态流动模型，对试验方案进行了大量计算，并与试验数据进行了比较分析。试验结果与理论计算基本吻合，结构可靠，对工程设计有参考价值     

航空发动机机匣壁面温度分布数值模拟与分析

为了准确预测航空发动机机匣壁面的温度分布,通过建立发动机性能计算模型,借助发动机沿程热力循环参数计算的通用方法,利用管内流体对管壁的对流换热过程,开发了发动机机匣热壁1维数值计算软件,模拟了飞机包线内某个发动机状态下发动机机匣表面的温度场,并进行了试验验证。将计算结果与试验结果对比可知,温度分布曲线除外涵区外趋势基本一致。该方法将可将发动机机匣壁面温度作为单独模块进行模拟计算,可以为发动机设计和调试提供较为准确的参考数值。     

突加不平衡下发动机振动响应分析

为了研究发动机的突加不平衡故障,建立了航空发动机低压转子模型,完成了转子实验器的模态校核。在此基础上对突加不平衡下实验器的转子件响应进行了理论分析与实验对比。进一步建立了转子-支承-机匣分析模型,完成了响应的分析与实验结果对比。结果表明:建立的转子-支承-机匣模型考虑了发动机实际运转过程中的角加速度项和挤压油膜阻尼器瞬态项,分析结果与实验结果相符,突加不平衡位置处振动位移响应的分析结果与实测结果之间的相对误差为2.1%。在校核转子件响应后,将转子件载荷作为支承-机匣模型的载荷输入,考虑发动机结构特征,建立支承-机匣模型进行响应分析,分析结果与实验结果基本一致,对于靠近突加不平衡位置的振动速度响应,其分析结果与实测结果之间的相对误差不超过4.7%。分析结果能够体现突加不平衡后转子响应的冲击特征和转子-支承-机匣响应层层减弱的过程,所建立的计算方法具有较好的推广性。      

基于爆炸激波管的火箭级间段强度考核和分离试验研究

为解决某型号火箭级间分离的相关技术难题、获得最佳的级间分离设计方案,采用了一种新型的试验方法:利用爆炸激波管进行火箭级间段的强度考核和级间分离试验。对试验系统、试验件、试验过程和试验结果等进行了详细论述。试验揭示了级间段内腔非定常压力的变化规律,考核了正式级间段壳体的承压能力,获得了级间分离压力和分离行程曲线等。对试验结果进行了理论分析,并与传统的地面火箭发动机"三合一"试验结果进行了对比。研究表明:利用爆炸激波管进行火箭级间段的强度考核和级间分离试验在理论上是合理的,试验结果与"三合一"试验吻合较好,为类似试验提供了一种周期短、成本低、可重复性好的新试验手段。     

液氢突扩燃烧冲压发动机性能

对航天飞机用液氢突扩燃烧冲压发动机性能进行了比较详细的计算及分析。研究的工作范围为Ma=1.50～6.50、高度变化范围为H=0～40km。并把计算结果与等截面液氢冲压发动机性能进行了比较。计算结果表明,在低空低马赫数时突扩燃烧冲压发动机性能较为优越,而在高空高马赫数时性能基本没有变化。航天飞机使用突扩燃烧室冲压发动机在低空低马赫数时可以部分解决流量匹配问题,还可提高发动机推力、减少溢流阻力。燃烧室结构也较简单。     

固体发动机压强-时间曲线中燃烧时间的确定

以固体推进剂燃烧公式为基础，采用计算力学中的数值积分及插值法，并利用计算机技术，研究了用燃烧室药柱的实际肉厚，确定固体火箭发动机试验曲线中燃烧时间的新方法，在点火发动机中应用的结果表明，此方法解决了试验曲线数据处理结果散布范围较大的问题，提高了燃速预估的准确性。     

基于气动分离技术的弹丸弹托分离仿真

为了研究气动分离技术使弹丸弹托分离的情况,对其进行了模拟仿真研究。采用气动分离技术使弹丸弹托分离,基于气体动力学与摩擦力学理论,分别建立了弹托绕流模型与弹丸弹托气动分离模型。使用Fluent进行绕流仿真,得到了不同速度下弹托分离前后状态下的阻力系数,再用Simulink对54式12.7mm穿甲燃烧弹的弹丸和弹托进行分离仿真,得到了弹丸弹托分离过程的特征结果。结果表明,利用气动分离技术可以使弹托和弹丸较好地分离。上述研究为弹丸和弹托的研发、使用提供了有益的参考。     

一种腹下S弯进气道低速大攻角下气动特性实验

对一种腹下S弯进气道进行了实验研究,得到了低速大攻角下的气动特性,结果表明:随出口马赫数的增加,腹下S弯进气道出口截面的总压恢复系数不断下降,稳态周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数均上升;出口马赫数为0.45时,进气道出口总压信号的功率谱在220Hz处存在峰值,内通道发生了局部流动分离;与地面抽吸状态相比,该进气道在低速大攻角状态下具有较高的总压恢复系数,虽综合畸变指数也偏大,但能够满足发动机正常工作的要求.      

中空纤维膜分离性能实验与预测

利用机载中空纤维膜分离性能测量台架,针对分离性能随引气压力、引气温度、飞行高度等因素的变化规律开展了实验研究;并采用所获得的实验数据作为训练及验证样本,应用人工神经网络预测技术分析了该型膜的性能.研究结果显示:①所建立的数学模型可实现对中空纤维膜分离性能的有效预测;②制氮体积分数与量纲一制氮量成反比,当要求制氮体积分数较高时,其量纲一制氮量下降,制氮效率降低;③在一定制氮体积分数下,制氮量随引气温度、引气压力的增加而增加;制氮效率随引气压力的增加而增加,但随引气温度的增加而减小;④在飞行高度增加的情况下,量纲一制氮量和制氮效率都增加, 而制氮体积分数的影响随飞行高度增加而减小.      

Pneumatic pressure control based on improved NMPC and its application to aeroengine surge simulation

In the semi-physical simulation of aeroengines, using the pneumatic pressure servo control technology to provide realistic pneumatic excitation to the sensors and electronic controller can improve the confidence of the simulation and reduce the test cost and risk. However, the existing methods could not satisfy the precise simulation of large-amplitude and high-frequency pulsating pressure during aeroengine surge. In this paper, a pneumatic pressure control system with asymmetric groups of the High-Speed on–off Valve (HSV) is designed, and an Improved Nonlinear Model Predictive Control (INMPC) method is proposed. First, the volumetric flow characteristics of HSV are tested and analyzed with Pulse Width Modulation (PWM) signal input. Then, a simplified HSV model with the volume flow characteristic correction is developed. Based on these, an integrated model for the whole system is further established and used as the prediction model in INMPC. To improve the computational speed of the rolling optimization process, the mapping scheme from control signal to PWM duty cycle of HSVs and the objective function with exterior penalty function are designed. Finally, the random step, sinusoidal and real engine surge data are set as the reference pressure in multiple comparative experiments to verify the effectiveness of the pressure tracking system.     

Flow separation control on swept wing with nanosecond pulse driven DBD plasma actuators

A 15° swept wing with dielectric barrier discharge plasma actuator is designed.Experimental study of flow separation control with nanosecond pulsed plasma actuation is performed at flow velocity up to 40 m/s. The effects of the actuation frequency and voltage on the aerodynamic performance of the swept wing are evaluated by the balanced force and pressure measurements in the wind tunnel. At last, the performances on separation flow control of the three types of actuators with plane and saw-toothed exposed electrodes are compared. The optimal actuation frequency for the flow separation control on the swept wing is detected, namely the reduced frequency is 0.775, which is different from 2-D airfoil separation control. There exists a threshold voltage for the low swept wing flow control. Before the threshold voltage, as the actuation voltage increases, the control effects become better. The maximum lift is increased by 23.1% with the drag decreased by 22.4% at 14°, compared with the base line. However, the best effects are obtained on actuator with plane exposed electrode in the low-speed experiment and the abilities of saw-toothed actuators are expected to be verified under high-speed conditions.     

湍流特性对矩形高层建筑风荷载影响的研究

为研究湍流特性对矩形高层建筑风荷载及周围绕流特性的影响,对4种不同地貌条件下9种深宽比的矩形高层建筑进行了风洞测压试验,考察了湍流度与湍流积分尺度对不同深宽比建筑平均、脉动与极值风压,以及横风向气动力谱和流动分离再附特性的影响规律。结果表明,随湍流度增大,分离流更早再附于侧风面上,郊区地貌下再附点出现位置较开阔地貌提前约30%,且分离流下平均风压减小、极值风压增大(均指绝对值),最不利脉动风压与极值出现位置更靠近前缘;随湍流积分尺度减小,迎风面、背风面与侧风面的平均和极值风压均减小,但湍流积分尺度对分离再附流形态及分离流下的风压分布形状影响不大。相对于深宽比更大的情况,湍流特性对深宽比介于1到2的建筑影响更大。     

Numerical investigation on jet interaction with a compression ramp

A numerical investigation on jet interaction in supersonic laminar flow with a compres- sion ramp is performed utilizing the AUSMDV scheme and a parallel solver. Several parameters dominating the interference flowfield are studied after defining the relative increment of normal force and the jet amplification factor as the evaluation criterion of jet control performance. The computational results show that most features of the interaction flowfield between the transverse jet and the ramp are similar to those between a jet and a flat plate, except that the flow structures are more complicated and the low-pressure region behind the jet is less extensive. The relative force increment and the jet amplification factor both increase with the distance between the jet and the ramp shortening till quintuple jet diameters. Inconspicuous difference is observed between the jet-before-ramp and jet-on-ramp cases. The variation of the injection angle changes the extent of the separation region, the plateau pressure, and the peak pressure near the jet. In the present computational conditions, 120 is indicated relatively optimal among all the injection angles studied. For cold gas simulations, although little influence of the jet temperature on the pressure distribution near the jet is observed under the computation model and the flow parameters studied, reducing jet temperature somehow benefits the improvement of the normal force and the jet efficiency. When the pressure ratio of jet to freestream is fixed, the relative force increment varies little when increasing the freestream Mach number, while the jet amplification factor increases.     

单级轴流大小叶片压气机非定常流场数值研究

通过数值模拟方法对单级轴流大小叶片压气机与常规叶栅压气机的非定常压力场进行分析与对比,结果表明:由于小叶片的分隔效应,使得转子通道的非定常压力和单叶片非定常负荷脉动大大增强,并促进了压力波向上游的传播;但转、静子单元的整体扭矩和轴向力脉动降低;绝对坐标系下转子入口处的压力波动是转子势扰动、动静干扰产生的压力波和此波在周向的不均匀性的综合作用,不同的入口周向位置,压力波的幅值相位存在较大差别,小叶片的存在强化了这种差别.     

气动阀门自激振动机理及动态稳定性

基于弹簧振子的扰动响应特性,提出了气动阀门气固耦合自激振动的稳定性机理.以单向阀为例,根据小扰动原理,构建系统的气固耦合动力学模型及稳定性模型,通过求解线性方程组的特征根,得到了单向阀系统的稳定工作区间及参数影响特性,稳定性分析模型的有效性由单向阀气动试验验证.对于单向阀,存在压力-流量的临界稳定性曲线.工作压力一定时,当单向阀工作流量小于相应压力下的临界稳定流量,单向阀处于不稳定状态,一个微小的扰动都将会导致阀芯周期性振荡;反之,单向阀工作稳定,阀芯将处于稳定开度.增加单向阀阀芯阻尼、弹簧刚度及减小阀门进口直径在一定程度上将有助于提高单向阀的工作稳定性.     

导弹高空级间分离过程反向喷流流场数值模拟研究

采用有限体积法求解三维守恒N-S方程组,按准静态处理,对导弹130km高空头体级间分离过程反向喷流流场进行了数值模拟,并分析了N-S方程的有效性。分析了流场参数分布、气动力分布特性及轴向力随分离距离变化情况。计算结果为头体分离方案提供一定的参考依据。