应用傅里叶时间谱方法求解二维跨音速流动问题解的精度研究

为了从时间离散精度的角度评估傅里叶时间谱方法的实际计算效率,对用该方法求解二维跨音速流动问题的解进行了精度研究。通过求解Euler方程模拟俯仰振动NACA0012翼型的周期性非定常流动。结果表明:傅里叶时间谱方法可以使用很大的时间间隔较为准确地模拟有激波存在的周期性跨音速流动;对于此类流动问题,相比二阶向后差分公式法,傅里叶时间谱方法在预测翼型表面压力系数积分量特别是升力系数的时间变化规律方面具有明显的计算效率优势;用于模拟翼型表面压力系数自身的时间变化规律时,傅里叶时间谱方法具有不低于二阶向后差分公式法的计算效率。     

平板上钝缘舵在超声速绕流中的三维分离特性研究

对于平板上的直立钝缘舵在M_∞=1.79、2.04和2.50的条件下,研究了该平板干扰区中的三维分离特性。着重讨论了钝缘直径、舵面迎角和来流马赫数对主分离线位置和形状的影响。分析了该类三维分离在性态上更强地依赖于无粘流动特性。此外,还对分离区内的二次分离发展过程和形态进行了初步讨论。     

Critical wake vortex encounter scenarios

A simulation-based method was developed to investigate the severity of Wake Vortex Encounters (WVEs). This paper describes an important part of this method: the determination of worst-case WVE conditions, which is referred to as Worst-Case Search (WCS). The WCS results permit to reduce time and costs of WVE severity related piloted simulator tests and allow the comparison of the hazard that vortices of different generator aircraft exert on a follower aircraft.The WCS is based on a high fidelity, offline simulation of the follower aircraft that includes the interacting wake vortex, a hazard criterion that rates the severity of each WVE, and a pilot model. It can be formulated as an optimisation problem that is solved with the optimisation tool MOPS (Multi Objective Parameter Synthesis). MOPS varies the encounter geometry until the simulation yields maximum values of the WVE hazard criterion.Worst-case encounter conditions for different parameters were investigated and sensitivity studies performed. The influence of the height above ground, the core radius, and the models for the wake vortex velocity profiles on the severity of a WVE was examined. To show the capability of the method, a comparison of the severity of a WVE behind two different heavy transport aircraft for a 20 t aircraft was made. The WCS method demonstrated its applicability and delivered the worst-case encounter geometry.

Zusammenfassung

Zur Untersuchung der Heftigkeit von Wirbelschleppen wurde eine simulationsbasierte Methode entwickelt. Dieser Beitrag beschreibt einen wichtigen Bestandteil dieser Methode: die Bestimmung der ungünstigsten (worst case) Einflugbedingungen in die Wirbelschleppe. Die Kenntnis dieser Bedingungen gestattet eine Zeit- und Kostenreduzierung bei wirbelschleppenbezogenen Simulatorversuchen mit Piloten und ermöglicht gleichzeitig einen Vergleich der vom Wirbel ausgehgehenden Gefährdung für verschiedene Kombinationen voraus- und einfliegender Flugzeuge.Die Worst-Case-Bedingungen werden mit einer Offline-Simulation des Folgeflugzeugs bestimmt, die Modelle für die Wechselwirkung mit der Wirbelschleppe und für das Pilotenverhalten sowie Kriterien für die Gefährdung durch den Wirbel umfasst. Für die Steuerung der Simulation und die Worst-Case-Suche wird die Optimierungssoftware MOPS (Multi Objective Parameter Synthesis) verwendet. MOPS variiert die Geometrie des Wirbelschleppendurchflugs bis die Simulation die maximalen Kriterienwerte für die Gefährdung durch den Wirbel liefert.Die Worst-Case-Bedingungen wurden für unterschiedliche Parameter untersucht. Der Einfluss der Höhe über Grund, des Kernradius' und der unterschiedlichen Modelle für das Wirbelgeschwindigkeitsprofil auf die von den Wirbelschleppen ausgehenden Gefährdung wurde dabei ermittelt. Um die Leistungsfähigkeit der Methode zu demonstrieren, wurde die Gefährdung von Wirbelschleppen zweier generierender Flugzeuge (heavy class) auf ein nachfolgendes 20 t Transportflugzeug verglichen. Die Anwendbarkeit der Methode wurde bestätigt und die ungünstigsten Einflugbedingungen berechnet.     

固体发动机喷管延伸锥展开前级间分离的热环境分析

通过FLUENT流场计算软件,采用RNGK k-ε湍流模型,针对带有延伸喷管的多级固体发动机级间热分离的热环境进行了数值分析。研究表明,延伸喷管尾流受到连接筒、前封头、延伸段的阻碍后,其流动特征变化显著,尤其在一级前封头的影响下形成回流,并在喷管内形成激波。计算得到的热环境参数,对发动机的热防护设计具有一定的参考价值。     

一种开关磁阻电机无位置传感器控制效率优化策略

针对开关磁阻电机(SRM)的简化磁链法只能实现单相导通运行且导通区间固定的缺点,提出了一种结合固定关断角和自适应调节开通角的无位置传感器控制技术。利用曲线拟合关断位置磁链取代传统存储数据表,通过对比实时计算的动态磁链和曲线拟合的静态磁链,确定关断位置信号并估计转速和其他位置。考虑电机阻抗和电感的非线性特点,优化电感最小区域的开通角自调节模型确定导通区间。仿真结果验证了该方案的可行性和正确性,能够实现转子位置的间接检测,电机的运行效率得到进一步优化。     

纵向波纹隔热屏气膜冷却特性实验

针对加力燃烧室纵向波纹隔热屏气膜冷却效果开展了细致的实验研究,利用红外热像仪测量了隔热屏壁面的温度分布,分析了隔热屏板型、吹风比、开孔率等参数对气膜冷却效率的影响。实验中板型选取了平板和纵向波纹隔热屏,吹风比变化范围是0.5~3.0,开孔率变化范围是1.4%~3.7%。结果表明:相比于平板隔热屏的气膜冷却效率沿程逐渐增加,纵向波纹隔热屏的气膜冷却效率随波纹板的起伏而起伏且大于平板隔热屏;随着吹风比的增加气膜冷却效率逐渐加大,在吹风比为3.0时达到最大值;气膜冷却效率在波峰处低,波谷处高,整体上随波纹板的起伏而波动,吹风比越小,气膜冷却效率随波纹板的起伏变化越明显;高吹风比(吹风比为2.0~3.0)下,气膜冷却效率沿程变化与增幅较为缓慢;整体上,随着开孔率的增加气膜冷却效率逐渐加大,小开孔率(开孔率为1.4%、2.7%)下的气膜冷却效率相差不大,但在次流背风侧,开孔率小的气膜冷却效率要小于开孔率大的气膜冷却效率。      

基于积分分离+死区PID的逆变电路控制系统研究

为了提高逆变电路模块控制性能,在传统PID控制方法基础上提出了一种基于积分分离+死区PID控制的逆变电路控制方法,可有效解决传统PID控制引起的控制量超过被控对象而造成系统振荡的问题。积分分离+死区PID控制算法是在积分分离PID控制算法内引入死区PID控制算法,综合了两种控制算法的优点,既可延长控制系统使用寿命又可对系统偏差进行限制。最后通过MATLAB/Simulink建立具有逆变电路模块的高频电源仿真模型,将所提PID控制方法应用于其中,验证了所提方法的有效性和实用性。     

仿生正弦前缘对翼面动态失速的影响

动态失速导致叶片气动载荷急剧变化，造成振动载荷激增，桨叶寿命大幅衰减。针对动态失速问题，从座头鲸胸鳍在动态倾转下取得良好的流动特性获得启示，据此模化出仿生正弦前缘翼面（包含3种波峰和2种波长），旨在实现动态失速控制。借助三维非定常数值模拟方法，采用运动网格技术，基于SC1095旋翼翼型，研究了仿生前缘动态失速流动控制机理及运动参数和来流速度的影响。结果表明：正弦前缘大幅度降低俯仰力矩系数峰值和阻力系数峰值；前缘波峰越大、波长越小，阻力系数峰值与俯仰力矩系数峰值的抑制效果越明显，虽然升力系数峰值减小，但其减小量远小于前两者，例如其中一种仿生翼使俯仰力矩系数峰值减小了47.7%，阻力系数峰值减小了36.4%，升力系数峰值减小14.1%；在最大迎角附近，正弦前缘能够缓和失速特性，使载荷变化更为平缓；在高平均迎角、低俯仰频率、低马赫数下，仿生翼动态失速控制效果更强，相比较而言迎角振幅的影响较小。     

基于伴随方法的单级低速压气机气动设计优化

采用梯度方法对某型4.5级压气机最后级进行气动设计优化研究，梯度由连续伴随方法计算确定，多排伴随方程采用伴随掺混面模型进行数值求解。首先，采用基于经验修正的初步设计方法设计带进口导叶的4.5级低速、低压缩比压气机的原始气动外形。之后，在压气机近失速工况对最后级静子叶片进行伴随气动设计优化，通过优化叶型和安装角降低流动损失，目标函数定义为加权求和形式的熵增和流量偏差，优化中对流量进行约束。最后，开展基于伴随方法的多工况气动设计优化研究，改善两个不同转速条件下最后级的气动性能。优化结果表明，基于伴随方法的多排气动设计优化可以通过改变叶片气动外形提升多排全工况气动性能。     

Applications of structural efficiency assessment method on structural-mechanical characteristics integrated design in aero-engines

In the design process of advanced aero-engines, it is necessary to carry out an effective analysis method between structural features and mechanical characteristics for a better structural optimization. Based on the structural composition and functions of aero-engines, the concept and contents of structural efficiency can reflect the relation between structural features and mechanical characteristics. In order to achieve the integrated design of structural and mechanical characteristics, one quantitative analysis method called Structural Efficiency Assessment Method (SEAM) was put forward. The structural efficiency coefficient was obtained by synthesizing the parameters to quantitatively evaluate the aero-engine structure design level. Parameterization method to evaluate structural design quality was realized. After analyzing the structural features of an actual dual-rotor system in typical high bypass ratio turbofan engines, the mechanical characteristics and structural efficiency coefficient were calculated. Structural efficiency coefficient of high-pressure rotor (0.43) is higher than that of low-pressure rotor (0.29), which directly shows the performance of the former is better, there is room for improvement in structural design of the low-pressure rotor. Thus the direction of structural optimization was pointed out. The applications of SEAM shows that the method is operational and effective in the evaluation and improvement of structural design.