型腔充填过程中气液两相流计算及三维自由表面的确定

针对液体充填型腔过程的特点,在固定计算域中数值模拟型腔充填过程中气液不相混两相流流场。采用了体积守恒形式的连续性方程,以防止由于气液两相密度差大而引起的数值求解中的不收敛现象。将PHOENICS软件的流场计算与守恒标量求解大变形自由表面的方法相结合,在固定计算域中完成了数值模拟三维液态充填型腔的过程。针对两种情况下的计算结果表明,本文提出的方法可用于高速充填过程和复杂型腔充填过程的数值模拟。     

TC4钛合金薄壁带筋锥形环辗轧充填规律

钛合金薄壁带筋锥形环件是航空航天关键基础构件,型槽充填不满、截面轮廓难以精确成形,是该复杂异形环件精密辗轧成形面临的瓶颈问题。本文分析了影响型槽充填行为的关键影响因素,即决定塑性变形行为的每转进给量、以及决定每转进给量在环件内外表面分配比例的驱动辊半径和芯辊半径;以某TC4钛合金薄壁带外筋锥形环辗轧为研究对象,通过ABAQUS的VUAMP子程序开发,建立了实现以常每转进给量进给的芯辊运动闭环控制有限元仿真模型;进而模拟揭示了每转进给量、驱动辊半径和芯辊半径对型槽充填质量(充填率、型槽入口变形及其均匀性)的影响规律。结果表明:随着每转进给量增大,充填率先增大后减小,表明存在一个最佳的每转进给量最利于充填;随着每转进给量增大,型槽入口区域变形越小且分布越均匀,可有效抑制该区域产生裂纹缺陷;随着驱动辊半径增大,充填率逐渐减小,不利于型槽充填;随着芯辊半径增大,充填率逐渐增大,有利于型槽充填。     

点火瞬态燃气在翼槽内的充填现象研究

翼槽内的火焰传播过程首先是燃气充填过程,其次是火焰传播过程。采用高速摄影技术测定了点火瞬态模拟实验发动机后翼槽区内的燃气充填现象,研究了不同设计参数对燃气充填过程的影响,发现燃气在翼槽内充填时间的长短与升压梯度和翼槽的宽度有关,流动形式与初始燃气速度和喷管潜入深度有关。     

航天器推进系统水击及其抑制方法

针对航天器推进系统充填和关机过程水击这一动力学问题,基于已建立的航天器推进系统仿真模型,开展了某型推进系统的仿真研究,并重点分析了节流孔、弯管对推进剂供应管路水击的抑制作用.研究结果表明:①在推进系统充填和关机过程中,其不同位置均出现了明显的水击现象,充填过程水击频率较低,而关机过程水击频率较高,关机过程的水击峰值压力显著高于充填过程;②节流孔可显著削弱充填过程中的压力和流量振荡,关机过程的水击需要由较小的节流孔才能有效抑制;③弯管可明显削弱充填过程中的压力和流量振荡,对流量振荡的抑制效果尤为显著,但弯管对关机过程水击的抑制效果不明显.      

真空吸铸过程中TiAl合金熔体流动状态

利用数值模拟和实验相结合的方法,对金属型底浇式真空吸铸过程中合金熔体的射流宽度、反向充填位置和反向充填区域等流动状态进行研究,并优化了工艺参数。研究表明,随着吸口直径尺寸增加,金属液的射流宽度增大,反向充填位置从底部向上部移动,且充填区域也发生了相应的转变,当吸口直径为4mm时,射流宽度和型腔宽度一致,反向充填消失。当吸口直径为4mm,浇注温度为1620℃时,获得了充型完整的TiAl基合金薄板件,铸件铸态组织晶粒细小,平均尺寸小于50μm,为全片层组织。     

液体推进系统充填过程的有限元状态变量模型

研究了常温推进剂液体火箭发动机充填过程的建模问题。对推进剂充填管道系统进行有限元分割，应用基本守恒定律于充满推进剂的单元和充满气体的单元，两相单元则采用等效流容方程，建立了常温推进剂管道系统充填过程的有限元状态变量模型。模型面向液体推进系统动态过程控制与通用仿真。利用该模型，对一管道充填过程进行了仿真计算，给出了有关计算结果。     

预存气体闭端管路的充填水击研究

为提升补燃循环发动机仿真平台的分布参数计算能力,针对常温液体充填预存气体闭端管路的水击现象,本文使用Modelica语言基于MWorks平台建立了一维有限体积的管路充填模型,并分别使用该模型和集中参数模型对现有文献中的充填水击实验进行了仿真模拟,结果表明：对于预存气体0.1MPa的工况下,一维有限体积模型与集中参数模型对实验的模拟度均较为接近;而在管路接近真空的工况下,一维有限体积模型的计算结果与实验数据吻合度很高,集中参数模型误差则高达76%左右。在不同预存气体压力下的计算结果表明：在管路刚度一定的条件下,预存气体压力0.1MPa以下时,气体的压缩缓冲作用是充填过程中水击压力峰值得到减弱的主要原因;在预存气体压力0.1MPa以上时,气体的缓冲作用与充填流量的减小共同导致了充填水击压力峰值的减弱。对不同弹性管路的计算表明：在闭端管路的充填过程中,管壁弹性对近真空管路的影响相对较大,对预存气体压力较大的管路几乎没有影响。     

部分充填下脉冲爆震发动机的热力循环性能分析

在完全充填脉冲爆震发动机的Ficket-Jacobs热力循环的基础上,提出了用于分析部分充填下脉冲爆震发动机的热力循环性能的分析方法.结果表明,部分充填的工作方式会降低发动机总的热力循环效率,当爆震燃烧用于功率输出时,这种工作形式是应该避免的;但另一方面,由于部分充填的工作方式使爆震燃烧释放的能量在燃烧产物和隔离气体间重新分配,这种工作形式可以提高脉冲爆震发动机的总效率.      

航天器推进系统管路充填过程动态特性(Ⅱ)实验模拟与结果评估

针对某一具有工程背景的卫星推进系统,建立了一个包括抽真空设备的实验模拟系统,以水为介质进行真空充填过程实验研究,结果表明充填过程中存在较强水击;利用数学模型对实验室系统充填过程进行仿真,计算结果与实验测量值吻合,表明模型仿真是可靠的。     

离心式喷嘴充填过程内部流动特性仿真

基于两相界面追踪方法VOF(volume of fluid)模拟了离心式喷嘴充填过程中的内部流动特性。研究了气液界面随时间的变化过程,发现了充填过程中气核收缩和旋转液膜的现象;通过提取气相体积分数等值线的方法计算了充填过程中喷嘴出口液膜厚度和喷雾锥角的变化。结果发现:液膜厚度随出口流量的增大而增大,出口喷雾锥角随出口流量的增大而减小;描述了喷嘴旋流室内的回流现象,分析了充填完成后的压力场和速度场分布,发现在压降和气液作用的共同影响下,中心气核轴向速度沿轴向先增后减。      

扩张管和燃料部分填充对PDE效能的影响

采用基于有限速率基元化学反应模型的网格自适应有限体积方法,数值模拟以脉冲爆轰发动机为背景的爆轰波通过扩张喷管的流场,研究了喷管形状及喷管充气状况对脉冲爆轰发动机推进性能的影响。结果表明,氢-氧混合物产生爆轰波的等截面爆轰管冲量在某一比例合适的部分填充时达到最大,而对较大扩张角的喷管来说,其冲量一般随喷管内可燃气体填充比例的增加而增加,比冲通常随可燃气体填充比例的减少而增加;合适的喷管和燃料填充系数能使比冲显著提高。     

点火能量等因素对脉冲爆震室压的影响实验

以汽油／空气两相混气为可爆混合物，采用汽油机点火和半导体高能点火系统，实验研究了不同点火频率对脉冲爆震室中不同位置脉冲爆震波压力的影响，结果发现，充满度大，产生的紊流强度大，有利于爆震波的形成；在大多数情况下，用低能量（50mJ）的点火系统点火时，点火频率大于实际产生的爆震频率；用高能（IJ）点火系统时，可缩短烯向爆震转变（DDT）的距离，易产生爆震，所得爆震波的峰值压力明显增大，所得结果可为脉冲爆震发动机的设计、爆震点火系统选型提供重要参考。     

Unequal-thickness billet optimization in transitional region during isothermal local loading forming of Ti-alloy rib-web component using response surface method

Avoiding the folding defect and improving the die filling capability in the transitional region are desired in isothermal local loading forming of a large-scale Ti-alloy rib-web component (LTRC). To achieve a high-precision LTRC, the folding evolution and die filling process in the transitional region were investigated by 3D finite element simulation and experiment using an equal-thickness billet (ETB). It is found that the initial volume distribution in the second-loading region can greatly affect the amount of material transferred into the first-loading region during the second-loading step, and thus lead to the folding defect. Besides, an improper initial volume distribution results in non-concurrent die filling in the cavities of ribs after the second-loading step, and then causes die underfilling. To this end, an unequal-thickness billet (UTB) was employed with the initial volume distribution optimized by the response surface method (RSM). For a certain eigenstructure, the critical value of the percentage of transferred material determined by the ETB was taken as a constraint condition for avoiding the folding defect in the UTB optimization process, and the die underfilling rate was considered as the optimization objective. Then, based on the RSM models of the percentage of transferred material and the die underfilling rate, non-folding parameter combinations and optimum die filling were achieved. Lastly, an optimized UTB was obtained and verified by the simulation and experiment.     

纸基蜂窝零件固持中压紧机构和铁粉填料装置设计

基于磁场和摩擦吸附原理的纸基蜂窝零件在固持过程中,利用铁粉作为介质传递摩擦力对蜂窝零件进行固持,蜂窝零件下表面与固持平台上表面是否接触,铁粉填充高度和区域是否满足设计计算要求,都会对最终的固持效果产生明显的影响。为了得到良好的固持效果,研制了一套基于分布式弹簧的蜂窝材料压紧装置和基于皮带输送的铁粉填充系统。试验表明:预压紧装置能够实现蜂窝芯与蜂窝固持平台的完好接触,基于皮带输送的铁粉填充装置能够实现厚度可控制和区域的均匀完整填料。     

飞机管道颗粒碰撞阻尼器设计与试验验证

飞机管道振动超标是严重威胁飞机飞行安全的重要故障,降低飞机管道振动水平,对于提高飞机可靠性和安全性具有重要意义。针对难于施加管道卡箍约束的飞机管道结构的减振问题,设计了一种基于颗粒碰撞阻尼技术的管道减振器。该减振器通过特定的结构设计,在不影响现有管道结构的基础上,很方便地安装到管道上进行减振。其减振原理是基于减振器内部的颗粒碰撞而导致的能量耗散,从而提高管道结构的阻尼效应。因此,将此颗粒碰撞阻尼器安装在振动管道上,在管道发生共振的情况下,管道振动峰值将明显降低。本文基于所设计的管道减振器,利用振动台试验研究了颗粒填充率对减振效果的影响,发现改变阻尼器内部颗粒的填充率,管道的振动随颗粒填充率的增加有先减小后增大的趋势,同时利用EDEM颗粒流仿真软件计算了减振器振动过程中颗粒的能量耗散情况,发现颗粒能量耗散速率最大时所对应的颗粒填充率与试验过程中管道振动加速度降到最低时所对应的颗粒填充率达到了一致,仿真结果与试验结果取得了很好的一致性。最后,将所设计的颗粒阻尼减振器安装在液压动力源管道上进行实际减振试验,测试了在安装减振器前后,试验管道在X、Y、Z三个方向的振动加速度,经过对比分析,发现安装颗粒阻尼减振器后,液压管道的压力脉动频率下的振动水平得到了明显抑制,试验结果充分表明了本文所设计的飞机管道颗粒减振器的有效性和实用性。     

改性双基推进剂燃速温度敏感度的讨论

本文评述和讨论了改性双基推进剂的燃速温度敏感度问题.双基推进剂中引入硝胺炸药和细粒度高氯酸铵,能显著降低推进剂的燃速温度敏感度.这是因为它们本身具有较高的热稳定性,同时对推进剂基体的物理结构和化学动力学特性产生了影响.凝聚相的作用是主要的,气相的作用是次要的.     

蜂窝夹层结构的灌注修补工艺研究

在对蜂窝夹层结构的缺陷／损伤形式、修补方法以及修补时对设备、材料及工艺的要求等进行分析总结的基础上，着重对灌注修补工艺进行了研究，研究表明，采用适当的灌注修补材料如G7A－20，可室温固化，适于操作，密度≤0．8g/cm^3，剥离强度≥29．4N／cm、拉离强度≥3．4MPa；修补后压缩强度和模量原结构设计许用值的80％以上。     

径向进气多管脉冲爆震发动机试验研究

为了缩短脉冲爆震发动机燃料/空气混气的充填时间,设计加工了旋转筒控制间歇进气的多爆震室PDE原型机,并开展了试验研究。试验结果表明,原型机在总频率60Hz条件下可以稳定间歇工作,并且产生了450N的正向推力。     

TC4合金叶片热模锻过程的数值模拟

文摘为了生产出质量合格的叶片,针对TC4合金叶片的成形特点,为其制订了相应的热模锻成形工艺。同时采用基于有限体积的材料成形模拟技术,对TC4合金叶片热模锻过程进行了模拟,分析了坯料成形过程中的充填情况、应变场、应力场及终锻温度场的分布规律。模拟结果表明:锻件轮廓清晰,模具型腔充填完整,未出现充不满或折叠等锻造缺陷。实际生产出来的叶片经理化检测和外观检查,质量符合要求,制定的工艺方案合理,可以满足TC4合金航空风扇转子叶片的成形质量要求。