翼型纵向俯仰非定常气动力研究

飞行器飞行时受到的非定常气动力是飞行器设计以及机动飞行中须考虑的一个重要因素。采用CFD方法数值模拟了NACA0012翼型在马赫数从0.2~5.0范围变化时做强迫振荡的非定常流场。通过积分法计算了在不同马赫数时翼型的俯仰动导数。计算结果表明,迟滞效应随马赫数的增大先增大后减小,在跨声速区域迟滞效应达到最大;迟滞环的绕向在跨声速区域为顺时针方向;迟滞环顺时针绕向时,动导数大于零,模型动不稳定,逆时针绕向时,动导数小于零,模型动稳定;旋转角速度越大,翼型表面非定常气动效应越明显。     

桥梁断面的气动导数和颤振临界风速的数值计算

选取有代表性的大海带东桥、南京二桥流线型闭口箱梁断面和荆沙桥钝头开口板梁断面,用动网格法考虑流体和结构的耦合作用,用有限单元法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ－Ｓ方程,计算其气动导数,并用半逆解法确定颤振临界风速。计算结果和实验值相当吻合。     

基于数值定容弹方法的推力室阻尼特性研究

为确定推力室的声学振型频率及其阻尼特性，给出推力室最容易激发声学振型和最难衰减声学振型，建立了基于数值定容弹和半带宽法的推力室声学振型及其阻尼特性的数值模拟方法。对小推力姿轨控发动机推力室进行近圆周壁面的定容弹激励仿真，激发出了多模态的声学振型，其中，一阶切向振型为最容易激发振型，而一阶纵向振型为最难衰减振型。进一步讨论了推力室构型参数对其阻尼特性的影响，结果表明：随推力室内径增大，纵向振型得到抑制，而切向振型变得不易衰减；随推力室收缩比增加，一阶切向振型半带宽先增大后保持不变；随推力室圆柱段长度增加，各振型半带宽没有明显的变化趋势。     

基于Euler方程解摄动的超声速旋转导数计算方法

基于笛卡尔网格和采用Euler方程基本流场解,通过Riemann不变量摄动,对旋转扰动引起的物面法向速度构建摄动关系,发展了一种超声速旋转导数快速计算方法。文中给出了具体的推导过程,可以看出由此得到的超声速旋转导数,仅与定常欧拉解基本流相关。因此,一旦CFD计算得到定常欧拉解,就可一次性地快速计算出感兴趣的超声速旋转导数。为了验证该计算方法,本文选用国际动导数标准模型Basic Finner算例进行了计算,计算结果与试验数据、文献数据具有很好的一致性,展示出本文方法计算耗时少、精度高、工程实用性强等优点,且该算法基于笛卡尔网格,特别适合复杂气动外形飞行器超声速旋转导数的快速计算。     

大攻角多分量强迫振动实验技术

北京大学低速风洞新研制的大攻角强迫振动实验设备可迫使模型绕其体轴做单自由度俯仰、偏航、或滚转振动,由六分量应变天平感受气动反作用力和力矩,测量仪器按相关滤波原理将它们分解为同相分量和正交分量。仪器具有很高的分辨度和精度,能测出组合形式的全部18个同相导数和18个正交导数。该设备具有很大的攻角范围和侧滑角范围,并具有足够大的振动频率和振幅范围,实验风速可从20米/秒至50米/秒。强迫振动风洞实验的全过程都在微机控制下自动、实时地完成。通过某教练机的强迫振动实验和不同方法的对比实验表明,该设备能较好地测量出组合形式的全部阻尼导数、交叉导数和交叉耦合导数。     

随机有限元方程一般式的两种推导方法

８０年代初发展起来的随限元法是解决随机问题强有力的数值分析工具，如随机动力学、随机场及结构强度的可靠性等等问题，本文从有限元基本方程出发，分别采用对有限元方程按Ｔａｙｌｏｒ级数展开和对有限元方程求偏导数等方法。推导了随机有限元基本方程的一般式，并用数学归纳法证明了上述两种方法推导结果的与等效性，本文研究表明，Ｔａｙｌｏｒ级数展开法推导，数学意义明确，但推导过程较为复杂；而按求偏导数法，数学意义不够     

"核——壳"IPN型聚丙烯酸酯类阻尼涂膜综合性能

本文合成了Poly(MMA-Co-AA-Co-HEMA)/Poly(BA-Co-HEMA)"核——壳"IPN型聚丙烯酸酯类水性涂料。用凝胶渗透色谱(GPC)、示差扫描量热仪(DSC)、动态粘弹谱(DMA)等表征手段分析IPN聚合物的分子量、组成和力学阻尼性能,对BA/MMA(软核/硬壳)IPN结构的水溶胶和MMA/BA(硬壳/软壳)IPN结构水溶胶作了对比研究,后者极其不稳定故应选择前者。同时用旋转粘度计测定该IPN水溶胶和水性涂料的流变性能,IPN水溶胶为牛顿型流体,而IPN水性涂料为假塑性流体。IPN水性涂料具有触变性,并能满足施工要求。经检测,该涂膜具有优良的综合性能。     

Multi-objective optimization of frequency and damping of vertical stabilizer skin structure placed with variable-angle tows

The vibration characteristics of composite vertical stabilizer skin structures play a critical role in damping effects designed for overcoming the air disturbances experienced by aircraft structural components during flight. The first-order fundamental frequencies and their corresponding damping characteristics of the vertical stabilizer skin structure tow-steered by automatic fiber placement technique were optimized with the parameterized trajectories and plies as design variables. Firstly, the vibration and damping numerical models were derived based on Kirchhoff laminate theory, the Rayleigh-Ritz method, and the Strain Energy Method. Then the optimization model was developed by adopting the self-adaptive Differential Evolution Multi-objective optimization algorithm and incorporating the solution method of Pareto Front. The constraints of this optimization model considered the experimentally obtained minimum turning radius of prepregs tow-steered in automatic fiber placement process obtained from experimental tests. Finally, the comparison of numerical simulation results was conducted for the optimized trajectories and the conventional straight trajectories under various boundary conditions, and the numerical results were partially validated through damping and frequency tests. The results indicate the vibration characteristics of the composite vertical stabilizer skin structure can be enhanced to a large extent by optimizing fiber trajectories, and the enhancement percentage is affected by the boundary conditions of the actual structure.     

大型桥式机床立柱不同材料的特性分析

采用数值计算方法,比较了混凝土、铸铁和钢3种不同材料立柱的静载抗压能力以及冲击力下的瞬态响应,分析数据表明,钢立柱具有最好的承压能力,在相同压力下静变形最小;由于阻尼的原因,混凝土立柱的振幅受到明显限制,冲击力作用下振动衰减的较快,在更加关注减振性能的高速高性能加工领域,采用混凝土立柱是更好的选择.     

卫星肼瓶系统减振优化设计

由于布局和安装条件的限制,某卫星肼瓶支架采用了“十”字型截面设计,这导致在发射过程中某方向肼瓶振动幅度过大,发生较大变形甚至断裂破坏。为减小肼瓶系统的过度振动,采用结构优化方法进行了减振动力学设计。考虑以下方案:1)固有频率约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;2)频率响应约束下,以肼瓶系统重量为目标函数的尺寸优化;3)以频率响应极小化为目标函数的肼瓶系统尺寸优化;4)频率响应约束下阻尼材料拓扑布局优化,以肼瓶系统重量为目标函数。对优化模型1)~3)进行直接线性化处理,采用序列二次规划方法求解。在阻尼材料拓扑布局优化中,采用了作者提出的基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则。综合比较上述方案优化效果,阻尼拓扑布局优化设计的减振效果是最佳的。文中对动力响应优化设计问题的优化模型选取也进行了探讨。