镍基合金薄板不同温度下的弹道冲击行为

为研究航空发动机机匣在高温下的包容性能力,通过实验和数值模拟研究25℃和600℃下GH4169合金薄板受球型子弹冲击后的变形行为。弹道冲击实验通过轻气炮实施,子弹以不同初始速率冲击靶板。分析温度和冲击速率对靶板的变形、临界击穿速率、破坏变形模式以及能量吸收的影响。结果表明:高温下靶板的变形更大,靶板被击穿所吸收的能量更小,临界击穿速率更小;高温下靶板被穿透后由弯曲作用引起的花瓣状变形更明显。数值模拟研究通过有限元软件LS-DYNA实施,数值模拟中选用Johnson-Cook本构模型。采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高温高应变率下的力学特性并拟合了Johnson-Cook本构模型参数。数值模拟研究的结果和实验结果进行了对比,显示了良好的一致性。     

涡轮后机匣的结构动力学精确建模

构建精度高、规模适中的部件动力学模型,是航空发动机在研制初期实现从结构部件到整机的动力学特性准确分析的有效途径。为构建满足工程需求的部件结构动力学模型,依据某装配组合式涡轮后机匣的结构特点,提出了其各构件的“超模型”建模及装配组合形式的连接件分类建模的方法,实现装配组合式涡轮后机匣的整体“超模型”建模。同时,进一步介绍了各构件的“超模型”建模步骤、基于有限元单元网格尺寸变化的收敛准则,建立了自由度490万的后机匣构件“超模型”,“超模型”构件的频差精度可达1%以内;利用薄层建模法模拟多螺栓连接结构、采用接触对模拟支板搭接处的接触连接。装配组合后的涡轮后机匣“超模型”通过动力学分析,结果表明后机匣前8阶为整体振动模态。整体“超模型”的建立,可以代替研制样机提供虚拟试验数据,实现简化模型的修正和确认,为研制初期的结构动力学特性精确分析提供技术支撑。可推广应用到发动机其他部件及整机的精确建模中。     

平板条叶片撞击靶板的数值仿真研究

建立有限元模型,对平板条叶片以不同角度和初始速度撞击矩形靶板的过程进行了数值模拟。分析了撞击过程中叶片与靶板的变形以及能量变化情况,以及撞击角度的影响,得到了撞击过程中平板条和靶板的变形及能量变化规律。模拟结果表明,撞击角度对靶板被击穿时的临界速度有着显著影响,角度越小,临界速度越大;靶板刚好被击穿时,靶板吸收的形变能出现局部峰值。     

两片TS101联合实现FFT运算

在综合分析 TS101内部结构和 FFF 算法的基础上,结合由两片TS101组成的信号处理板硬件平台的研制,提出了一个并行处理加多片联合来实现浮点复数 FFT 运算的方法,将一个比较大的 FFT 处理任务分配在多片上并行执行。经过对模拟数据的仿真分析,该方法在保证精确估计中心频率的前提下,较好地提高了运算速度。     

用双流体颗粒-壁面碰撞模型模拟混合层流动

将考虑壁面粗糙度的双流体颗粒-壁面碰撞模型加入到二阶矩两相湍流模型中,模拟了平面混合层两相流动.结果表明,考虑壁面粗糙度的模型的模拟结果与不考虑的结果相比,给出的纵向平均速度更小、纵向脉动速度更大,与实验值更接近.对于大颗粒,这种影响尤其明显.这些趋势与颗粒轨道模型的模拟结果定性上一致.这表明,窄通道内大颗粒和壁面的碰撞对颗粒流动特性有更显著的影响.     

基于ABAQUS复合材料双搭接钉载均匀化分析

利用ABAQUS6.8软件建立复合材料单排三钉双搭接三维有限元模型,通过施加螺栓载荷模拟螺钉预紧力,考虑钉板间非线性接触以及接触部分的弯曲变形,选择使用八节点非协调实体单元对钉载进行模拟计算。结果与试验基本一致,验证了该三维有限元模型的有效性。基于该模型通过在大载荷孔上使用间隙配合,小载荷孔上施加干涉配合,使各钉载荷分配均匀化。     

超声速弱欠膨胀冲击射流流场结构

为了对超声速弱欠膨胀冲击射流的流场结构细节进行研究,使用大涡模拟方法对其进行了数值模拟。利用三阶迎风和四阶对称紧致格式对无量纲化轴对称可压缩滤波N-S方程进行空间离散,时间上推进采用的是三阶精度的TVD型Rugge-kutta法。亚格子尺度模型采用的是修正Sm agorinsky涡粘性模型。通过与经典的冲击射流实验比较,证明了程序的可靠性。数值模拟得到了剪切层以及壁面射流中的涡结构和主射流中的激波结构,并且在此基础上对涡合并和板前激波和涡干扰现象进行了深入研究。发现涡合并现象主要出现在流场的上游,越往下游出现的几率越小;涡和板前激波的相互作用会引起激波位置和强度以及冲击平板上冲击区的压强的显著变化,同时也会导致涡的变形。     

进气道出口大畸变流场的模拟

提出了“大板结构”模拟板的概念,并用它成功地模拟了某飞行器进气道出口大畸变流场,其畸变值最大达DC_(90)=-1.118,表明采用“大板结构”模拟板可有效地模拟大畸变流场。同时给出了板前来流M数对板后流场总压损失、流场畸变及紊流度等参数的影响,为进一步开展进气道/发动机匹配研究,发动机抗畸变能力实验研究提供了手段。     

再入体动导数试验技术

外形短粗，飞行姿态复杂，其动导数量级很小的再入体模型，安装在新研制的尺寸小，厚度薄的整体结构之天平元件上，天平与尾支杆相连，由气活动塞推动拨杆，经过拨螺钉撞击模型上的楔块并驱使模型作自由振动，从而测量了大攻角俯仰，偏航及滚转动导数。     

基于ANSYS的金属蜂窝板热性能模拟研究

基于ANSYS有限元方法模拟研究了金属蜂窝板的传热。在与实际的试验条件保持一致的情况下,建立了金属蜂窝板模拟计算模型,研究了金属蜂窝板的稳态热性能、热量传递机制和瞬态表面热响应。在所建立的模型中考虑辐射导热耦合换热,对稳态热性能模拟研究表明模拟结果与Swann&Pittman经验公式计算的结果十分吻合,瞬态表面热响应的模拟结果与试验结果也较吻合,说明ANSYS有限元方法能够准确模拟金属蜂窝板的传热。此外,蜂窝腔表面间的辐射换热是金属蜂窝板的一个重要的热量传递机制,在高温情况下应考虑辐射导热耦合换热。     

FGH96涡轮盘低循环疲劳寿命分析技术与试验

分析FGH96涡轮盘的尺寸效应,分析了分别适合于FGH96亚尺寸盘和全尺寸盘的低循环疲劳寿命预测方法.成功设计了FGH96亚尺寸盘、全尺寸裂纹扩展盘试验件;通过低循环疲劳试验,展现了两种不同的低循环疲劳失效机理,验证了提出的低循环疲劳寿命预测方法;通过裂纹扩展试验,获得了FGH96全尺寸轮盘的裂纹扩展特性,揭示了FGH96全尺寸涡轮盘与紧凑拉伸试样裂纹扩展特性具有显著差别的客观规律;获得FGH96全尺寸涡轮盘580℃损伤容限值,明确某发动机高压涡轮盘损伤容限水平.      

基于低矮建筑物实测数据的改进湍流物理模型

要准确模拟低矮建筑物壁面上分离涡位置的平均风压比较困难,这些区域在绕钝体流动中也是很关键的部位.本文在Spalart-Allamaras湍流物理模型的基础上,根据钝体绕流流场特性,结合低矮建筑物上的实测数据,调试并选取合适的参数,提高涡粘预测的准确性,提出了改进的S-A湍流物理模型.通过对6m立方体和Silsoe低矮建筑模型进行稳态数值模拟,由改进S-A湍流模型得到的屋面、背风和侧风面上平均风压结果,比目前公认的模拟钝体绕流效果较好的SST湍流模型有较大改善,比风洞实验更接近实测结果.由此可以看出,本文改进湍流模型的方法,将是一条提高预测建筑物表面平均风压精度很有效的途径.     

锥角对旋转整流罩积冰影响的模拟实验

采用缩比模型对4种不同锥角的旋转整流罩进行了冰风洞积冰模拟实验.推导出旋转表面积冰相似参数,并根据重要参数的匹配确定缩比整流罩模型的积冰实验参数.在实验中采用高速摄像系统记录冰生长过程及最终冰形.结果表明:4种锥角的整流罩表面积冰均由初期生成、分布连续的明冰和后期增长迅速的白色霜冰构成;锥角小于等于74°的整流罩表面霜冰为针状或粒状,积冰厚度较小;锥角大于80°的整流罩表面霜冰为羽毛状,积冰厚度较大,并伴随冰脱落现象,锥角较大的整流罩冰脱落位置向下游移动.      

FGH96亚尺寸粉末冶金盘低循环疲劳寿命可靠性分析及试验研究

本文首先介绍了亚尺寸粉末冶金盘的特点,接着采用一种适合于亚尺寸粉末盘寿命可靠性的预估方法,得到了考核部位的寿命概率分布并对参数敏感性进行了分析,最后对某亚尺寸粉末冶金盘试验件的低循环疲劳试验进行了研究。结果表明,本文采用的寿命可靠性预估方法是切合实际的。     

A numerical optimization of high altitude testing facility for wind tunnel experiments

High altitude test facilities are required to test the high area ratio nozzles operating at the upper stages of rocket in the nozzle full flow conditions.It is typically achieved by creating the ambient pressure equal or less than the nozzle exit pressure.On average,air/GN2is used as active gas for ejector system that is stored in the high pressure cylinders.The wind tunnel facilities are used for conducting aerodynamic simulation experiments at/under various flow velocities and operating conditions.However,constructing both of these facilities require more laboratory space and expensive instruments.Because of this demerit,a novel scheme is implemented for conducting wind tunnel experiments by using the existing infrastructure available in the high altitude testing(HAT)facility.This article presents the details about the methods implemented for suitably modifying the sub-scale HAT facility to conduct wind tunnel experiments.Hence,the design of nozzle for required area ratio A/A*,realization of test section and the optimized configuration are focused in the present analysis.Specific insights into various rocket models including high thrust cryogenic engines and their holding mechanisms to conduct wind tunnel experiments in the HAT facility are analyzed.A detailed CFD analysis is done to propose this conversion without affecting the existing functional requirements of the HAT facility.     

Relation between shock unsteadiness and the origin of side-loads inside a thrust optimized parabolic rocket nozzle

An experimental test campaign has been carried out on a sub-scale thrust optimized parabolic (TOP) nozzle to study the relation between unsteady characteristics of separation and reattachment shocks and the origin of side-loads in rocket nozzles. The study was conducted using wall pressure measurements both in streamwise and circumferential directions, surface oil visualization technique and signals from strain gauges installed on the nozzle bending tube. It is observed that the nozzle pressure ratio at which peaks in maximum rms values occur, for separation and reattachment shocks, coincide with the nozzle pressure ratio at which peaks in strain gauge signal are observed. This clearly demonstrates the unsteady nature of separation and reattachment shocks to be directly related to origin of side-loads in rocket nozzles.     

固体火箭发动机内绝热层烧蚀率实验研究

根据固体火箭发动机内绝热层烧蚀环境,设计研制了一种绝热层烧蚀试验发动机。利用该发动机不仅可进行绝热材料配方筛选,而且通过调节压强、流速及冲刷角进行缩比发动机烧蚀模拟试验和各种烧蚀率影响因素分析。在大量实验研究的基础上,提出了一种能较精确测量绝热层烧蚀率的测试方法和实验评定方法。分析了发动机工作压力、流速、气流冲刷角、裂纹,脱粘、气孔、夹层及搭接缝对绝热层烧蚀率的影响。测试结果与实际发动机解剖数据有较好的一致性。     

固体火箭发动机实际燃速常数的计算

根据试车数据，对全尺寸发机和标准发机瞬时燃速进行了计算，利用参数辨识技术，确定了维也里燃公式（ｒ＝ａｐ＾ｎ）里的常数，计算结果表明：对应用在不同发动机中的同一种推进剂来说，其燃速系数α和压强指数ｎ是不同的。探讨了不同发动机燃速常数变化的原因以及规律性，提供了分析全尺寸发动机，标准发动机之间燃速相关性的新方法。     

固体发动机燃速相关性

分别采用温度与压强相分离的一元回归分析方法和温度与压强相耦合的二元回归分析方法,对同一工艺条件下大量的药条燃速、Φ=127 mm发动机燃速和全尺寸发动机燃速进行了统计和回归分析,得出了上述三种燃速之间的回归方程。结果表明该方法具有足够的精度。     

FGH96粉末高温合金亚尺寸轮盘研制及试验验证

粉末高温合金涡轮盘是高推重比航空发动机研制的关键。由于粉末高温合金材料的特殊性,为了保证粉末高温合金轮盘的可靠性,需要修正传统轮盘强度和低循环疲劳寿命设计技术并进行验证。本文设计了亚尺寸结构的粉末高温合金轮盘,并对其进行了计算及分析,最后在试验器上进行了试验验证。该亚尺寸轮盘研制成功对高推重比涡轮盘的研制有重要意义。