硅基复合材料粘性系数的参数辨识

硅基复合材料是目前国内比较成熟、综合性能较好的烧蚀型热防护材料之一,高温粘性系数是这类材料烧蚀性能的重要表征参数.本文利用系统识别原理,给出这类复合材料粘性系数的参数辨识方法及其应用实例.     

氧化硅体系非牛顿流黏性烧蚀行为分析

黏性系数对氧化硅体系材料的烧蚀速度有很大的影响,本文对非牛顿流黏性影响的范围及其量值作了数值模拟和分析。结果表明：（1）牛顿流黏度（s=1）处于烧蚀速度的低值区域,增加黏度对降低烧蚀速度的潜力不大;（2）非牛顿流黏度（s〉1）,可以增加阻力,但对降低烧蚀速度极为有限,在本文研究的热环境条件,其下降额度约为20%-30%,此时烧蚀速度接近全蒸发的烧蚀速度;（3）非牛顿流黏度（s〈1）,可以降低阻力,烧蚀速度明显增加。     

基于深度神经网络的超声速隔离段湍流涡黏性系数辨识

雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程由于计算成本较低，当前仍然在工程设计领域广泛应用。为了进一步提升计算精度和减少时间，应用深度神经网络（deep neural networks, DNN）方法自适应辨识稳态湍流涡黏性系数。以隔离段的激波串前缘位置检测流场生成为例，使用Wilcox-2006 k-ω湍流模型进行模拟。在不同的背压情况下，产生稳定状态的湍流涡黏性流场作为模型学习的训练数据集。最后在不同背压条件下开展了测试。结果表明：提出的DNN方法能够快速预测湍流涡黏性系数的值，预测值与计算流体力学数值模拟计算的参数值相比，方均根误差较小，可决系数大于99%，预测的流场结果与真实流场基本一致，进一步验证了深度学习技术在湍流模型参数辨识的可行性。     

新型防热涂层热导率的参数辩识

成功的利用参数辨识的灵敏度法对防热涂层材料的热导率进行了参数估计.利用不同状态试验结果辨识的材料热导率对同类涂层材料是相同的或者接近相同,表明辨识的结果是可信的.把辨识的结果用于涂层材料热防护性能预测,与试验结果相符.     

高超声速气动力试验模拟参数选取准则

高超声速气动力试验模拟准则的有效性问题阻碍了飞行器气动性能预测能力的发展。鉴于此,将尺度化方法应用于实验空气动力学领域,基于连续流域高超声速流动的双尺度特点,对各参数选取适当的尺度将流动控制方程尺度化。针对典型飞行状态,通过计算尺度化方程中各系数的量级,获取高超声速气动力试验模拟参数的选择准则。研究表明:建立的模拟参数选取方法为现有的高超声速气动力试验模拟准则提供了理论支持,模拟参数的选取准则随飞行条件发生显著改变。应用理论分析方法验证了黏性干扰参数是高马赫数高超声速气动力试验中的重要模拟参数,并与国外关于黏性干扰效应关联区域的结论进行了相互验证。     

有局部稀薄气体效应的高超声速流动数值模拟

近空间高超声速飞行器当飞行高度和速度足够高时,其流场计算可能要考虑稀薄气体效应,传统的计算流体力学(CFD)方法预测的阻力和升阻比将不够准确。而现有的模拟稀薄气体流动的计算方法由于其计算量巨大,难以在工程实际中应用。因此需要发展能用于近空间高超声速飞行器流场的可行、可靠的计算方法。陈杰和赵磊在文献[1]中针对边界层中既有强剪切而气体分子自由程又相对较大的情况进行分析,提出了刻画此类局部稀薄效应的无量纲参数Zh,并提出了在传统CFD中通过采用依赖于Zh参数的等效黏性系数考虑局部稀薄效应对阻力计算影响的研究思路。因此,本文尝试将此等效黏性系数纳入CFD模型中,以在70km高空,以马赫数15飞行的小迎角钝平板为例,来检验计算方法是否合理可行。结果表明:和传统的CFD方法所得结果相比,新模型计算的阻力减小,升阻比增加,其改进的方向与现有飞行试验结果定性相符,且所增加的计算时间非常有限,可方便地应用于现有的计算空气动力学中。     

电离空气环境中碳化材料的烧蚀

本文给出了电离空气环境中碳化材料热化学烧蚀参数的计算方法。由于采用了比较精确的传递系数关联公式和改进了烧蚀表面气体成分的计算方法,因而可以用相当简单的方法得到与耦合(化学反应边界层与烧蚀表面耦合)计算非常符合的结果。本文方法可以得到碳化材料烧蚀表面气体的电离特性;为烧蚀电离边界层计算提供壁面边界条件。也可以用来进行热防护设计。     

用灵敏度法辨识热传导系数及热流参数

利用灵敏度法对一维热传导问题中的热传导系数和热流参数进行了辨识。其中,对热传导方程和灵敏度方程的求解采用具有较高精度的有限控制体积法（ＦＣＶ）;对目标函数的优化采用牛顿－拉夫逊（Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ）算法。仿真计算的结果表明：用灵敏度法处理热传导参数和热流参数的辨识问题是可行的、有效的。     

极大似然法在飞机起飞性能参数辨识中的应用

以Y12飞机起飞性能飞行试验实测数据为例,研究了利用极大似然法进行飞机起飞性能参数辨识的问题。首先通过理论分析建立了Y12飞机双发起飞性能数学模型;然后从简化灵敏度导数计算角度提出了以飞机在起飞滑跑过程中速度增量为观测量的观测方程,分析给出了待辨参数和利用极大似然法进行参数识别的方法;最后针对极大似然法的几个要素,如迭代初值、代价函数、迭代次数、样本长度、试验数据段的选取等对辨识结果的影响进行了讨论和分析。结果表明,利用极大似然法可以快速、准确地辨识出起飞性能所需的参数,并具有较高的精度,在今后的性能飞行试验数据分析中应注重推广和应用。     

防热涂层材料热防护性能预测

预测防热涂层热防护性能有三个技术关键：即描述三层结构热响应守恒方程的建立，三层结构热物理性能的确定以及防热涂层表面边界条件的建立，本文用租糙度测量仪测量了表面形貌，表面等高面和表面粗糙度曲线，为建立防热涂层热防护性能的物理模型提供依据。利用参数辨识灵敏度法对防热涂层材料导热系数进行参数估计，取得了有用的结果。分析不同工艺的表面烧蚀特性，建立了三种表面边界条件。本文讨论了涂层材料在加热过程中出现的三层结构的吸热机理，建立不同层反映不同功能的守恒方程。给出了防热涂层热防护性能预测与试验结果的比较，比较的结果是满意的。     

Zahn黏度杯测定液体黏度规范的比较

黏度是液体的重要理化性能指标。工程上常用Zahn黏度杯快速检查不同液体的黏度。不同的制造商生产出来的Zahn黏度杯有一定的差异,企业在使用Zahn黏度杯时有其具体引用的规范或标准。目前,国际通用的Zahn黏度杯的规范标准为ASTM D4212,而波音等国外飞机制造商的Zahn黏度杯规范中关于液体黏度和流出时间特性转换公式与通用标准存在差异。基于同一种标准黏度液体,系统地比较了两种规范中特性转换公式的差异,并分析产生差异的原因,同时给出了这些差异可能造成的影响。     

粘度单位的换算

介绍了动力粘度，运动粘度，条件粘度的国际单位制、物理单位制以及相互之间的换算关系。     

关于非扩张映像的修正粘滞迭代格式

设H是Hilbert空间,X是Banach空间,C是H或X中的非空闭凸子集,T是C→C的非扩张映射,且f是C→C的压缩映射。受H．K．Xu对粘滞迭代算法讨论的启发,提出一种新的粘滞迭代算法,xn＋1=T[（1-αn）xn＋αnf（xn）],n≥0,其中x0∈C,C是Banach空间中的非空闭凸子集,分别在Hilbert空间和Banach空间框架下证明了序列{xn}是强收敛的。     

关于粘滞迭代的一个强收敛定理

在一致光滑的Banach空间E中,C是E中非空闭凸子集,f：C→C是压缩映像,T：D→C是非扩张映像且不动点集合F（T）非空,x0∈C是任一初始点,由粘滞迭代xn＋1=αnf（xn）＋（1-αn）Txn构造的序列{xn}在｜Tzn-xn-zn-xn｜=0（βa）条件下强收敛于T在C中的不动点。     

一种粘度测量装置及其原理

提出了一种避免测量转矩，利用旋转圆筒法，测量液体粘度的新装置，并阐述了原理，介绍了如何利用微机对非牛顿流体粘度进行测量。     

基于磁流体控制的高超声速进气道黏性效应

建立引入电磁源项的二维低磁雷诺数磁流体动力学(MHD)方程组,对高超声速二维前体/进气道黏性流场进行了数值模拟.在给出了进气道高于设计马赫数的非设计工况下黏性流场的基本特征基础上,进一步分析了施加MHD控制对进气道黏性效应的影响.结果表明:施加MHD控制可以有效抑制非设计工况下内进气道表面的附面层分离,改善上壁面的热状况,平衡上、下壁面之间的热负担;黏性作用下,进气道流场及性能参数随磁感强度的变化规律与无黏模型计算结果存在较大差别,对磁流体控制的高超声速进气道研究不可忽略黏性的影响.      

不同分子量固态与液态聚碳硅烷的黏度特性

采用GPC、流变仪等分析手段对不同分子量的固态PCS和液态PCS的黏度进行表征.分析了PCS分子量、软化点及黏度特性之间的关系.此外还用热重法对固态和液态PCS陶瓷产率进行表征.结果表明,LPCS在室温黏度较低,陶瓷产率较高(77％),而固态PCS熔体在＞200℃具有较低黏度(500 mPa·s),因此LPCS更适于用作PIP法制备陶瓷基复合材料浸渍前驱体.     

大迎角粘性复杂流场的数值模拟

本文使用于存在较大分离区的Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｋｉｎｇ湍流模型对多段翼型流场及某型歼击机外形全机流场的雷诺平均ＮＳ方程进行数值计算，研究了多段翼型及有三角翼的全机外形的最大升力和三角翼翼尖涡，二次涡等粘性特性。     

激波冲击下液滴变形破碎的黏性特征

为了获得不同黏度的液滴在高速气流中变形破碎的形态特征图像,定量分析黏性对变形破碎过程的影响,使用高速相机直接拍摄法在水平激波管中实验研究了液滴的变形破碎过程,测量了液滴迎风面位移、横向变形宽度、破碎时间等特征参数。所得结果表明:液滴的黏度较低时,液滴尾部形成的尾迹形状为细长的尖锥形,当液滴的黏度较高时,尾迹形状呈现波纹状,随着黏度的逐渐增大,液滴的尾迹更加复杂且紊乱;由于波后气流的作用,液滴迎风面发生变形失稳并演变出“尖钉”结构;黏性对液滴变形破碎过程起阻碍抑制作用;随着液滴黏度的增加,Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性发展速率减缓,“尖钉”的数量先增加后减小。      

双毛细管法高温气态环己烷黏度测量研究

为了探索双毛细管法在碳氢燃料高温气态黏度测量中的应用,本文采用双毛细管法测量了亚临界压力下环己烷的高温气态黏度。测量温度范围：301.9 K-567.1 K（间隔约10K）;压力范围：0.5MPa-4.0MPa（间隔1.0 MPa）。考虑螺旋管圈的二次流效应,使用基于雷诺数（Re）或迪恩数（De）的函数关系式对黏度测量结果进行离心修正。在测量参数条件下,气态环己烷的雷诺数Re ≤ 1984.5。研究表明：双毛细管法测量环己烷液态和气态黏度时,螺旋管圈的二次流效应具有显著差别;液态环己烷的离心修正系数小于 4.32%,气态环己烷的离心修正系数最高达到 49%;离心力二次流效应是影响环己烷气态黏度测量精度的最重要因素;离心修正关系式的准确度对环己烷气态黏度测量结果的不确定度产生显著影响。