螺旋桨/大柔性机翼静气动弹性快速分析方法

旋转的螺旋桨滑流掠过机翼将使机翼的气动特性发生改变,在高空超长航时无人机的设计中有必要对大柔性机翼气动弹性问题的螺旋桨滑流影响进行分析.运用Prandtl修正的动量叶素理论分析螺旋桨滑流及面内载荷;采用兰金涡核模拟滑流对机翼的诱导速度;采用三维升力线方法计算机翼定常气动力,利用曲面样条插值方法解决结构/气动耦合问题,并结合非线性有限元静力学计算方法,建立了螺旋桨滑流及面内载荷作用下大柔性机翼静气动弹性问题的快速迭代求解方法.以某大展弦比螺旋桨机翼为例,采用文中所建立方法对其静气动弹性特性进行计算研究.结果表明,旋转的滑流改变了机翼绕流当地攻角,从而影响了机翼气动力和变形分布,且在小前进比时影响更大.所建立的分析方法简便高效,在初步设计阶段有较好的应用前景翼绕流当地攻角,从而影响了机翼气动力和变形分布,且在小前进比时影响更大.所建立的分析方法简便高效,在初步设计阶段有较好的应用前景.      

航行体出水过程头部流场载荷特性分析

航行体高速出水过程中流场变化剧烈且复杂,为研究其水动力载荷变化,采用均质多相流模型及空化模型,开展了出水过程的数值模拟研究.通过数值模拟分析了不同头部形状及出水攻角对航行体出水过程流场的影响.分析结果表明:空化性能较强的头形能产生头部空泡,并在穿越水面时溃灭,引起较为强烈的流场变化并产生较高压强作用于航行体壁面.而空泡溃灭过程也会因头形的不同而略有差别.有攻角出水时空泡溃灭呈现非对称性,因此形成了较大的力矩.而力矩的变化情况也受攻角影响较大.      

两种手形对游泳推进效率影响的数值模拟

针对采用何种手形游泳能产生较高的推进效率,运用计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,建立了国内某女运动员手掌和前臂在五指并拢和五指分开两种手形的三维非结构网格模型;计算了90°攻角划水时两种不同手形的手掌和前臂在不同来流速度下的推进阻力、推进升力及其系数值,依据计算结果对手周围的流场进行了分析,研究了不同手形对游泳推进效率的影响.结果表明压差阻力是推进阻力的主要组成部分,在90°攻角划水时五指并拢具有更高推进效率.      

基于试验气动力的飞机副翼效率优化

针对弹性后掠翼飞机在使用试验气动力分析时所出现的副翼反效问题,利用遗传算法对机翼结构进行优化.弹性飞机副翼效率计算采用试验气动力.重点针对一个发生副翼反效的严重飞行状态点进行了机翼结构优化,对比分析了优化前后副翼效率、相同副翼偏度下所产生的滚转率随飞行动压的变化及颤振特性的变化.并比较了基于试验气动力的情况下只针对单一飞行攻角的优化结果和同时考虑多个飞行攻角的优化结果,分析了飞行攻角对优化结果的影响.结果证明:利用结构优化方法可有效在详细设计阶段解决弹性飞机严重飞行状态点副翼反效问题,并且优化结果对飞机颤振特性基本无影响.     

再入飞行器标称攻角优化设计

再入飞行器的标称攻角在弹道规划以及飞行器覆盖能力分析中起到重要作用,由于再入飞行中气动加热严重,过载和动压约束严格,给标称攻角的设计带来很大困难.针对弹道射面内最大纵程和最小总热载荷问题,在考虑热流、动压和过载约束下分别进行标称飞行攻角的优化设计.首先将过程约束转化为对控制量攻角的约束,将需要优化的标称攻角通过分段线性函数参数化,把最优控制问题转化为4个参数的寻优问题,然后利用遗传算法获得参数的初始猜想,并设计序列二次规划(SQP,Sequential Quadratic Programming)算法求解.仿真结果显示该方法能够快速获取再入标称飞行攻角,为再入轨迹优化和制导总体设计提供参考.     

安装位置导管感应钎焊

在某型号飞机的总装现场,部分导管的连接是在飞机上装配焊接而成的,传统固定式感应钎焊设备已经不能满足现场安装焊接工艺的要求.针对安装位置导管感应钎焊的特点,研究开发了专用的低损耗功率延伸电缆、钎焊温度的光纤实时测量与控制系统,以及大功率超音频感应加热逆变电源等相关技术,在此基础上研制出了一套安装位置导管感应钎焊设备,并且完成了飞机装配现场的工艺研究.结果表明:该设备及其成套技术完全能够满足导管接头焊接质量的要求,已经成功应用到了该型号飞机安装位置导管钎焊生产线上.     

AUV自航对接的类物理数值模拟

为了预报dock对自主水下机器人（AUV）水动力性能的影响，提高AUV水下对接成功率，提出一种多块混合网格结合动态层方法和用户自定义函数（UDF）的方法，应用于基于离散螺旋桨的AUV自航对接的类物理数值模拟。所提方法采用移动子区域代替传统的移动边界，可提高数值计算效率。在验证了AUV自航试验速度的基础上，对AUV自航对接的水动力和流场进行分析。结果表明，AUV在螺旋桨定转速300 r/min推进作用下，自航对接时间约16 s，终端速度为0.75 m/s。对接速度满足对接碰撞需求。dock对AUV运动影响:在对接井口B点之前起阻碍作用，在B点之后起吸附作用。AUV对接阻力增加2.4%，增幅小，可实现与dock对接。      

超空泡水下航行体的结构动力响应特性

通过综合有关文献的理论,得到作用于超空泡水下航行体尾部的冲击载荷与航行速度的关系,然后利用有限元法研究了在不同速度条件下航行体的结构动力响应和变形特性.得到了加速度响应的主频率及其取值区间、航行体内的最大应变值及其分布位置;并给出了加速度响应主频率以及航行体内最大应变值与运动速度的关系.计算结果表明:存在2个加速度响应主频率,当航行体航速相对较低时,应采用第1个主频率作为结构设计时的参考频率,速度较高时应采用第2个主频率;计算还表明:航行体内最大应变值随着航速的增加而显著增加.结果对超空泡水下航行体的结构强度分析和结构优化设计有着指导意义.     

无人直升机系留气动载荷CFD计算分析

系留气动载荷作为无人直升机系留装置的设计输入，通常以机身大风侧向角气动特性风洞试验数据为基础进行计算。采用CFD计算方法对某无人直升机算例样机的机身大风侧向角气动特性进行了计算，包括自由来流、停放在开阔地面和船艉甲板3个状态，以机身气动特性CFD计算结果为基础计算了其系留气动载荷。结果表明:无人直升机在开阔地面停放时的系留气动载荷与自由来流时基本一致。而受船体上层建筑的影响，停放在船艉甲板时的系留气动载荷与自由来流时有较大的差别，除部分风侧向角状态的偏航力矩之外，力和部分力矩的绝对值相对较小，部分风侧向角状态的力和力矩方向相反。研究结果可为选取无人直升机系留气动载荷计算方法和不同停放环境下的机身气动特性的CFD计算及风洞试验状态提供一定的参考。      

阵风发生器流场特性分析与试验验证

为了有效安排试验以及进行数据分析,需要事先获知阵风发生器扰动流场特性.基于某型叶片阵风发生装置,对影响阵风强度及其分布形态的各种因素进行了深入细致的讨论,重点分析了叶片摆角幅值、振荡频率、来流风速以及叶片侧向间距的作用.数值模拟结果显示:上述敏感参数不同程度地影响了中心线各点阵风幅值.侧向阵风速度幅值在叶片下游各截面具有相似的分布形态,且在小攻角范围与叶片摆角幅值保持线性变化.因此选定来流风速和振荡频率后,调节叶片摆角幅值较易获得期望的阵风强度.风洞试验表明:阵风发生器特性分析具有实用价值.     

航行器低速斜入水运动规律

针对介质跨越航行器控制困难的问题,提出一种空中控制水下非控的单一控制策略;为了分析航行器非控状态下斜入水运动的规律,构建了航行器低速入水动力学模型,并分别使用数值仿真方法和理论模型求解方法进行同一条件下的航行体入水运动仿真,通过对2种方法的仿真结果对比验证本文所构建航行体斜入水动力学模型的正确性。利用构建的入水动力学模型,分别对不同初始速度、角度、攻角条件下的入水过程进行了运动状态仿真并分析,得出了航行体在入水运动过程中的姿态位置变化规律。此入水规律将指导介质跨越航行器后续的水下航行、进而出水的一系列研究。      

导弹“×”翼状态翼面流动分析

本文从流态结果的研究出发提出对导弹“×”翼状态翼面流动的分析方法,指出有迎角和侧滑角情况下四片翼面各不相同的有效迎角和前缘有效后掠角对于翼面流动以及气动力的影响。本文的分析方法对于分析“×”翼在有迎角和侧滑角情况下的操纵面效能及其导弹的制导有一定的帮助,也可以为有关计算模型的建立提供一些物理依据。     

空间再入充气系统的大攻角气动及结构仿真研究

为描述空间再入充气系统在大攻角状态下的气动力与结构特性,利用CFD模型研究了不同攻角下的流场分布及气动力系数变化。同时建立了考虑内充压作用的有限元模型,并以高超声速流场作为输入,采用流固单向耦合的方法分析了不同攻角下的气动力对结构静力学特性的影响。研究表明：随攻角的增大,轴向力系数呈整体下降趋势,而法向力系数及俯仰力矩系数分别呈M型及W型变化趋势;此外,随着攻角的增加,结构最大应力整体呈上升趋势,并在45°攻角附近增幅最大。     

平流层飞艇螺旋桨相似准则分析与验证

根据螺旋桨相似理论,选择等Re数和等前进比作为一组相似准则.通过数值模拟验证该相似准则组合的正确性和适用性,着重研究密度对螺旋桨相似性参数的影响,并将螺旋桨数值计算结果与缩比模型地面常规密度风洞试验的有关结果进行了对比分析.结果表明:数值模拟的不同工作高度下螺旋桨无量纲气动力系数相互重合,螺旋桨数值计算结果和地面风洞试验结果基本吻合,表明在所选择的相似准则下,密度基本不影响螺旋桨相似性参数.平流层飞艇螺旋桨可以在地面常规密度风洞中按照等Re和等前进比相似准则进行缩比模型试验,为平流层螺旋桨的试验研究提供参考依据.     

边条/鸭翼对前掠翼和后掠翼气动特性的影响

为分析前掠翼气动布局设计在航空工业中无法得到推广运用的原因,将前掠翼和后掠翼通过加装边条和鸭翼形成简化的边条翼布局、鸭式布局和边条/鸭式布局,从而深入认识前掠翼和后掠翼两种不同布局之间的流动特点以及涡系干扰机理。首先进行算例数值计算,通过对比分析计算结果与试验数据,验证了数值计算方法的可靠性和准确性;然后对不同布局进行数值计算,得到各布局的升力系数曲线;最后通过压力分布云图和流线图对各布局中复杂涡系的干扰机理进行分析。结果表明:基于后掠机翼形成的边条翼布局、鸭式布局和边条/鸭式布局中的涡系之间通过诱导和卷绕作用,涡系相互增强,大幅提高了布局的升力系数并推迟失速迎角,同时加装边条和鸭翼效果更加明显;基于前掠机翼形成的边条翼布局、鸭式布局和边条/鸭式布局中的涡系之间不存在卷绕作用,涡系之间存在碰撞挤压的不利干扰,这使得前掠翼布局在大迎角时的升力系数远远低于相应的后掠翼布局。前掠翼气动布局中的机翼前缘涡在大迎角时无法同鸭翼涡和边条涡相互耦合增强,不能充分地利用非线性升力,这是前掠翼气动布局设计中的一些不足。      

空间毛细管式蛋白质结晶室样品加载技术研究

采用X-elax射线衍射技术研究蛋白质分子结构与功能的必要前提是获得高质量的蛋白质晶体.空间微重力环境是生长优质蛋白质晶体的理想场所.蛋白质样品的加载工艺对于空间蛋白质结晶实验的成效具有重要影响.针对为神舟八号飞船空间实验新研制的毛细管式空间蛋白质结晶室,结合样品加载基本流程,对加载工艺和伴随的气泡缺陷问题进行了系统和深入分析,确定了针头形状、毛细管封口质量和硅化效果、样品加载工具以及毛细管夹持方式等影响因素,并获得了实验测试验证.在此基础上,通过改进毛细管烧制工艺和样品加载工具,研制和使用专用毛细管夹具等措施,简化了蛋白质样品加载工艺,消除了气泡缺陷,提高了加载效率.新工艺的实施保证了空间实验任务的顺利完成.      

飞翼布局气动方案优选和试验验证

提出综合考虑飞翼布局隐身性能和气动性能的平面形状特征参数,分析了方案优选中的约束关系.采用参数化方法构建了三维曲面模型,并将物面网格划分流程进行自动化封装,通过更改设计参数准确快速地得到新方案的物面网格.应用基于Euler方程的数值方法进行布局方案的气动性能计算分析,在重点方案的分析中加入黏性修正;应用高频近似方法估算方案的隐身性能.以巡航状态作为设计点,在隐身性能的约束下,应用分析-修正的方法完成了气动布局方案优选,并对最终选定的方案进行风洞试验验证,证明该方案有进一步研究的价值.     

比例伺服阀低液动力阀芯导流结构优化设计

本文研究了比例伺服阀的阀芯结构对液动力的影响,提出一种阀芯导流壁面优化设计方案。采用计算流体力学CFD的方法,建立滑动网格模型,分别对阀芯传统导流结构和优化设计后的导流结构进行数值模拟分析,并验证网格无关性。对阀芯所受稳态液动力进行数值求解,并分析不同优化设计方案对阀口处流体流动状态的影响。结果表明,优化设计后的阀腔内部流场分布更均匀,流动状态更平稳;阀芯内流道导流结构会改变阀口处的介质流向,进而改变进出口流体的水平方向上的动量差,补偿部分液动力;与传统方案相比,液动力最大补偿效果可达60%,显著降低了阀芯所受液动力干扰,有利于提升比例伺服阀的静动态控制性能。     

有限体积法中面积分离散格式的精度分析

讨论了应用顶点中心格式对欧拉方程进行有限体积离散时的精度,详细推导了顶点中心格式在平滑网格和扭曲网格上的截断误差,同时与中心格式和顶点格式进行了比较.格式精度分析采用泰勒级数展开的方法.分析结果表明:顶点中心格式和顶点格式类似,总能达到至少是一阶的精度,并且可以通过加密网格的办法减少误差,而且顶点中心格式更适合于分区计算.通过圆弧亚音速绕流和NACA0012翼型绕流流场的数值计算,验证了分析的结论.