涡轮级燃气入侵的理论分析及数值模拟

为了分析航空发动机涡轮级中的燃气入侵现象,提出一种研究封严间隙处流动规律的理论方法,并采用全环模型进行了数值模拟。在该理论方法中,动盘旋转、封严冷气、外环主流对流动的影响用三个特征速度来表征;它们的相互作用用速度比来描述。数值模拟结果表明:随着速度比的变化,封严间隙处呈现燃气沿静盘入侵、燃气基本不入侵以及燃气沿动盘入侵等三种流动形式。利用速度比的影响规律,可初步判断封严间隙处的燃气入侵情况以及最小封严冷气流量。     

高马赫数下横/逆向喷流干扰流场数值研究

横向喷流和逆向喷流广泛用于高超声速飞行器气动力与气动热控制。采用格心型非结构有限体积法求解基于三温度热化学非平衡模型的全Navier-Stokes方程,对高空、高马赫数来流条件下二维圆柱状构型飞行器的喷流干扰流场进行数值模拟,研究了仅存在横向或逆向喷流以及横/逆向喷流同时存在时的复杂流场结构以及喷流降低热流、减阻、改善升力的具体效果。通过控制变量的方法,探究了不同参数（马赫数、静压）的喷流对流场结构及飞行器的气动力、气动热的影响规律。结果表明：在一定条件下,当逆向喷流与横向喷流同时存在时,下游的横向喷流可以影响到上游的逆向喷流流场结构;逆向喷流可以显著减小高超飞行器阻力,并降低头部壁面热流峰值,而横向喷流对高超飞行器的升力特性有一定提高;在横向喷流已用于飞行器姿态控制的情况下,一定条件下可以同时使用逆向喷流,既可以减阻、又可以降低热流峰值,还可以提升升力。     

水下爆轰燃气泡形态与激波传播过程研究

针对脉冲爆轰发动机在水下工作过程中形成的燃气射流问题,搭建了水下爆轰燃气实验系统,研究了第一个爆轰循环中燃气泡发展变化过程。建立了基于气液两相双流体模型的脉冲爆轰发动机水下喷射模型,采用时-空守恒元和求解元方法,模拟了爆轰波与水相互作用形成的激波的传播及衰减过程。研究结果表明：燃气射流冲击水面时,燃气泡形态在膨胀阶段受到水介质的阻滞作用呈现“豌豆”状,其轴向与径向尺寸有不同的发展规律;同时燃气泡内由于气水冲击作用和燃气扩散受限一直保持较高压力;前导激波传播速度远大于燃气泡发展速度,脱离燃气泡后激波压力值迅速衰减至常压量级,且在中心轴线上的衰减最为剧烈,导致其强度指向性发生改变;前导激波在气液交界面处产生反射,回传的反射激波与后续气流形成的拦截激波碰撞在燃气泡内出现回击现象,使管口附近形成较高的压力峰值。     

基于Fuzzy-PI双模控制器的燃气发生器压强控制算法研究

为了改善燃气发生器流量调节控制系统的性能,建立了系统的数学模型。针对系统具有较强的非线性和时变性的特点,引入模糊-PI双模控制器对燃气发生器内压强闭环控制,在系统偏差较大时采用模糊控制器,以获得良好的瞬态性能;在系统偏差较小时采用PI控制器,以获得良好的稳态性能。仿真结果表明:模糊-PI双模控制器集模糊控制器与经典PI控制器的优点于一身,在不同的工作状况下具有响应速度快、超调量低、鲁棒性好、抗干扰能力强等优点,相比于经典PI控制器响应时间最高可缩短4.11s,超调量最多减小约4.5倍,提高了燃气流量调节系统的控制精度。     

导弹燃气弹射内弹道多目标优化设计

针对燃气弹射内弹道目标多导致传统穷举法寻优难的问题,在缩短初容段以提高车载机动性能的工况下,分析了环形隔板平滑弹底压力冲击、增大导流锥半径、减小筒底压力的流场机理,提出了第5块环形隔板和导流锥半径共同变化的结构方案;建立了基于优化拉丁超立方和六阶响应面的近似数学模型,利用多岛遗传算法和序列二次规划算法搭建了组合优化策略平台。数值结果表明,提出的结构策略能平衡4个优化目标间耦合关系,搭建的优化平台能克服穷举寻优计算量大的局限,算法组合策略能互补优点而迅速捕捉最优解;优化后,加速度峰值减小了6.6%,加速度曲线平稳性增加了79.5%,筒底压力峰值增加了16.2%,弹底热环境品质增加了6.1%。     

加油机喷流对受油机的气动干扰机理

针对软式平台(HDB)、软式吊舱(HDP)和硬式平台(FB)3种典型加油方案研究了喷流对加油流场的影响。采用结构化多块网格和雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,通过带涡轮动力模拟器(TPS)和翼身组合体构型DLR-F6对数值方法进行了验证。通过对3种典型的空中加油方案进行数值模拟,并和不考虑喷流效应的空中加油流场进行对比,详细研究了不同加油方案中加油机喷流对受油机气动特性的干扰作用。结果表明:受油机升力系数、阻力系数以及低头力矩与无喷流相比均有增大。受油机在硬式平台加油方案中受喷流影响最小,但其横航向气动特性在软式吊舱加油方案中受加油机喷流影响较大。喷流对受油机的气动干扰主要表现在提高受油机来流动压、改变局部迎角以及对周边气流的引射作用,这些因素会导致受油机表面压力与无喷流相比发生较大变化。其中,局部迎角的改变是由喷流的加速效应及其对尾涡的耗散作用导致的。     

侧向喷流对超声速流动中支杆减阻降热特性影响的研究

为研究超声速流动中支杆侧向喷流的减阻降热特性,基于有限体积法求解非定常雷诺平均Navier-Stokes方程组,采用3阶MUSCL重构方法,AUSMPW+通量分裂格式,k-ωSST湍流模型并耦合求解固相热传导方程,编制了计算程序并利用相关实验验证了数值方法的可靠性。在此基础上,研究了侧向喷流总压和位置对超声速流动中支杆减阻降热特性的影响,得到了壁面St数、壁面压力及气动阻力的变化规律并考察了壁面热流随时间的动态变化过程。研究结果表明:当侧向喷流位置一定时,侧向喷流总压的增大将进一步提高减阻降热性能;当侧向喷流总压不变时,随着侧向喷流位置向钝体壁面靠近,减阻降热性能明显变差,尤其当侧向喷流总压较大时,阻力增长幅度接近50%。当侧向喷流位置离开支杆底部时,气动阻力对侧向喷流总压的变化较为敏感;随着时间的推进,壁面热流密度呈现下降趋势,在2s内壁面热流密度最大降幅达到49.5%,但热流密度沿壁面分布规律未发生变化。     

提升机构微型燃气发生器的探索研究

介绍了一种宇航用的利用产生燃气做功并通过提升机构完成提升动作的微型燃气发生器的设计。建立了描述燃气发生器内部流场的数学物理方程。通过数值方法模拟了燃气发生器内部的燃烧和流动以及提升机构的运动过程。由模拟结果及理论分析来指导药柱的设计, 使得燃气发生器能满足高性能和高可靠性的要求     

逃逸飞行器喷流影响试验研究

本文介绍了在跨超声速风洞中进行的逃逸飞行器模型气动特性、载荷分布及流场结构试验研究,提供了Ｍ＝０．６～４．０,α＝－２°～２０°范围内的试验结果。试验结果和流动图象表明：由逃逸飞行器头部喷射出的喷流严重影响逃逸飞行器的气动特性和载荷分布。     

燃气发生器绝热层研制

分析和提出了提高燃气发生器绝热层性能的途径,考察了工艺条件对绝热层性能的影响,研制出可满足燃气发生器使用要求的含石棉三元乙丙绝热层;含石棉丁腈绝热层和含芳纶三元乙丙绝热层。