基于RANS/LES方法的超声速底部流场数值模拟

分别采用基于两方程k-ω剪切应力输运(SST)湍流模型的延迟DES(DDES)、更改的DDES(MDDES)和改进的DDES(IDDES)方法,并引入可压缩修正,结合三阶MUSCL-Roe和五阶WENO-Roe两种空间离散格式,针对超声速底部的复杂流动现象,开展了数值模拟研究。计算结果表明本文方法能够捕捉到超声速底部流动中丰富的湍流结构,通过分析计算结果对超声速底部的流动机理有了进一步的认识,为下一步的超声速底部流动减阻改进和雷诺平均NavierStokes/大涡模拟(RANS/LES)方法在非定常高可压缩性流动中的应用提供了参考。通过对比分析不同空间离散格式的计算结果研究了数值耗散对计算的影响,五阶WENO-Roe格式的计算结果与实验结果吻合良好;对不同RANS/LES混合方法的计算结果进行了对比分析,结果表明IDDES方法在近壁区的表现优于DDES和MDDES方法。     

面向高超声速民机的多通道双涡轮引射冲压组合动力

面向宽空速域的重复使用涡轮基组合动力是世界关注的革命性技术。首先，简述了涡轮基组合动力的发展状况。随后，着重介绍了所提出的面向高超声速民机的多通道双涡轮引射冲压（MUTTER）组合动力的技术特点及研究进展：相较常规涡轮基组合动力系统，MUTTER组合动力采用独特的四通道对称构型，通过亚燃通道中的引射增推桥接双涡轮与冲压的推力鸿沟；规划了分尺度、分阶段的研究与验证方式；针对核心子系统的研究表明，进排气子系统可在宽空速域高效稳定工作，引射亚燃子系统可与其他子系统有效匹配。在此基础上，讨论了本组合动力的飞/发一体化特点。最后，给出了前期工作的若干认识。     

辅助动力舱冷却用排气引射器性能快速评估方法

在飞机辅助动力装置系统研制过程中，只能通过试验和计算流体力学（CFD）仿真方法对排气引射器的引射性能进行评估，且评估效率低、研制成本高，故无法获得任意工况下排气引射器的引射性能。本文提出用速度系数比β参数来描述排气引射器的引射性能，并建立了辅助动力舱冷却用排气引射器性能快速评估方法，通过CFD仿真分析对该方法的合理性和准确性进行了验证，验证结果表明，该方法可以快速、准确地评估各种地面工况下排气引射器的主流出口静压和总压、次流流量、次流出口总压等参数，且计算精度保持在2.382%以内，满足工程使用要求，大大提高了评估效率，具有较高工程应用价值。     

进、排气壳对全流道大膨胀比涡轮性能影响研究

进、排气系统对涡轮级的性能影响鲜有研究,本文针对增压器涡轮,采用数值方法对全流道大膨胀比跨声速涡轮与进、排气壳进行耦合计算,探索进、排气壳耦合对涡轮级的性能参数影响,结果显示进气壳主要影响静叶10%叶高与50%叶高前缘来流气流角周向分布,静叶排会减弱进气壳带来的参数周向不均匀性,排气壳主要影响动叶尾缘0°与180°周向位置总压与静压分布,进、排气壳耦合涡轮级总静效率比均匀边界涡轮级下降0.25%。     

固液捆绑火箭上升过程喷流干扰特性及底部热环境研究

固体喷流和液体喷流的来流与喷流之间相互干扰，在喷流交汇碰撞区域使流场温度、压力特性发生变化，对箭体底部的加热效应增强。特别是含有固体颗粒的固体助推器喷流与液体芯级喷流混合，对传热特性产生明显影响。本文用连续相模型模拟气相、离散相模型(DPM)模拟固体粒子相、DO模型模拟含有固体粒子的介质辐射，对固液捆绑火箭在上升飞行过程中的气固两相喷流的演变过程进行仿真研究。仿真结果表明:在不同的发动机组合之间出现高温区域，并随着喷流扩张和飞行高度增加，高温区向箭体底部移动，喷流中小粒径固体颗粒分布在喷流与空气的边界混合层区域，大粒径固体颗粒分布在喷流交互中心区域，底部最大对流热流密度与辐射热流密度为90 kW/m²和400 kW/m²。将仿真实验结果与飞行试验数据进行了对比分析，发现两者吻合较好，验证了仿真结果的准确性。     

低红外特征涡扇发动机加速控制及影响规律研究

为探究红外抑制措施对发动机加速性能的影响，提出并制定了针对发动机排气系统外涵引气冷却的普适性加速控制计划，开展了低红外特征涡扇发动机加速控制及其影响规律研究。首先，建立了带外涵道引气冷却中心锥、全遮挡导流支板和尾喷管扩张壁面的发动机部件级模型，并在此基础上发展了排气系统正后向红外辐射特征计算模型；其次采用可行序列二次规划算法，针对采用了不同排气系统红外抑制措施的涡扇发动机分别制定加速控制计划；最后通过硬件在回路仿真验证上述加速控制计划对带红外抑制措施的发动机从慢车到中间状态加速过程的有效性。结果表明，与常规涡扇发动机相比，采用了高温壁面冷却虽然能降低发动机近50%的红外辐射特征，提高战机的隐身性能，但会导致发动机推力降低近6%，油耗上升4%以上，加速时间延长20%左右。     

全尺寸短舱排气道声衬声学设计与试验验证

针对排气道声衬应用环境，提出了一种适用于短舱排气道声衬的声学设计方法，利用有限元方法建立了排气道声衬声阻抗参数优化模型，根据设计工况和结构约束条件，设计并制备了一套全尺寸排气道内壁声衬试验件。为了验证排气声衬的声学设计方法，研发了频率范围500～16 000 Hz、最大周向15阶模态的全尺寸声衬声学试验平台用以模拟风扇后传噪声特征，分别进行了声衬条件和固壁条件下辐射声场3 m和5 m处的指向性测试，获取了500～1 500 Hz频率范围内的降噪量，试验结果表明设计声衬在950、1 000 Hz频率点的降噪效果最优，充分验证了声衬设计的准确性。分析了设计工况下的声衬在3 m和5 m处辐射声场指向性的声压级分布，试验结果表明0°～90°范围内的最大降噪量分别为10.44 dB和7.21 dB。提出的排气道声衬声学设计与验证方法可为发动机短舱排气道声衬设计与验证提供重要技术支撑。     

涡扇发动机二元排气系统推力与红外特征多目标型面优化设计

以涡扇发动机二元排气系统为例，以排气系统推力系数、3~5 μm波段正尾向红外辐射特征为优化目标，以窄边探测面30°和宽边探测面90°方向的红外辐射特征为约束，以喷管喉道宽高比、喉道型面半径比、收敛半角和扩张半角为优化变量，在发动机地面军用动力状态，研究排气系统推力与红外特征的多目标型面优化设计。在设计过程中，基于正交试验法确定初始样本点，建立排气系统推力系数、红外辐射特征与设计变量间的RBF代理模型，采用自适应模拟退火算法对代理模型进行分析求解。结果表明：多目标优化方法可应用在排气系统推力与红外特征的兼容设计上，并可取得一定的效果，相比基准二元模型，仅通过型面设计，多目标优化后排气系统推力系数提高了5.3%，在正尾向的无量纲积分辐射强度降低了17%。     

CJ818旅客机客舱气流组织数值仿真研究

旅客机客舱供、排气系统对于客舱内部气流流动和温度分布具有重要影响,乘客的几何结构和热载荷等因素也会影响舱内气流流动。对CJ818客舱、供气系统和排气系统进行了几何建模及有限元建模,应用非结构化网格对模型进行离散,应用全隐式多网格耦合求解技术求解N-S方程,采用RNGk-ε模型封闭方程组。分别对单排座椅和多排座椅客舱进行了简化建模,研究了其在设计方案下舱内流动情况,并分析了乘客几何结构和乘客散热对舱内流动的影响,同时分析温度场和流场之间的依变关系。研究结果对于客舱空气分配系统设计和优化,客舱空气质量控制具有参考意义。     

并联式TBCC单边膨胀组合喷管安装及结构设计研究

针对单边膨胀组合喷管（Single expansion ramp nozzle，SERN）不规则几何结构设计难题，以提高SERN结构刚度、强度为目标，从安装布局方案以及承力结构拓扑优化两个方面开展设计工作，分析了不同位置安装节点对载荷分布、关键位置变形的影响，基于拓扑优化方法，建立了SERN部件级结构概念设计方法和流程，实现了SERN的结构设计。研究结果表明：新增辅助侧拉杆能减小关键位置的变形，同时往左上方移动侧拉杆、右上方移动辅助安装节以及左下方移动主安装节有利于关键位置变形控制和各安装节点载荷的合理分布；优化后的安装方案相比初步安装方案，最大关键位置变形下降了83%，主安装节最大载荷下降了35%，辅助安装节最大载荷下降了55%。设计的SERN结构随TBCC发动机完成了高马赫数模态转换试验，试验后结构状态良好，验证了设计的合理性。