航空救生装备的发展

论述了国内外航空弹射座椅、降落伞,以及个体防护装备的发展状况,提出了今后我国应着重研究的问题。     

高速风洞投放试验弹射机构及试验研究

新一代战斗机超声速内埋武器投放需要进行分离安全性评估。针对内埋武器高速风洞投放试验的需求,设计了一套新型双气缸弹射机构。使用三维建模软件开展了弹射机构的结构设计。基于气缸无杆/有杆腔内压力方程、储气罐与无杆腔流量方程、有杆腔与大气相连的流量方程以及活塞驱动力方程等,建立了弹射过程的数学模型,并利用运动仿真软件对所设计的弹射机构进行仿真分析,验证了结构的合理性。设计了弹射机构伺服控制系统,利用电气伺服阀及相关控制元件实现对弹射机构的控制。在中国航天空气动力技术研究院FD-12风洞中开展了试验验证（马赫数1.5）。结果表明:当前后气缸压力不超过1.0 MPa时,载弹最大弹射速度可达5.68 m/s,满足设计要求与使用需求。     

水下超声速过膨胀燃气射流的流场特性

为研究水下超声速过膨胀燃气射流的流场特性,在压力水筒中开展了大扩张比锥形喷管的固体火箭发动机水下点火实验,并基于雷诺时均Navier-Stokes（RANS）方法和流体体积（VOF）模型进行数值求解,分析了过膨胀燃气射流与水介质的相互作用过程。研究表明：超声速过膨胀燃气建立射流通道后,射流核心区长度随喷管落压比的减少而减少;射流核心区剧烈振荡,表现为高频的膨胀和收缩,振荡频率随喷管落压比的减小而增加,范围为100~200 Hz;射流边界不断振荡,并伴随波系结构变化,当过膨胀程度较大时,激波进入喷管使其发生流动分离现象,流动分离点周期性往复移动;分离区内压力脉动没有显著的特征频率,主要集中在100~600 Hz的宽频带,锥形喷管水下流动分离的简易判据为喷管出口压力不低于环境背压的0.44倍。     

超临界碳氢燃料蒸汽重整一维模型研究

为了获得关键参数对超临界碳氢燃料蒸汽重整化学热沉分布特性的影响,建立了超临界碳氢燃料蒸汽重整非稳态一维计算模型,通过与实验数据的对比验证了模型的准确性,并基于该模型采用RP-3的四组分替代模型对RP-3蒸汽重整过程中入口流速、压力和含水量等关键参数对热沉沿流向分布特性的影响进行了研究。结果表明：随着入口流速的增加,蒸汽重整反应化学热沉的峰值减小,且出现峰值的位置逐渐向出口移动。随着压力的升高,相同位置处的化学热沉都减少,但是出现峰值的位置不变。在入口含水量由5%增大到12%的过程中,微通道同一位置处的化学热沉增大,且化学热沉的最大值也是增大的,峰值出现的位置向微通道出口移动。     

圆形和矩形燃气射流在受限液体中扩展特性的对比研究

为研究不同喷孔结构的燃气射流在受限液体工质空间的扩展特性,采用VOF(Volume of fluids)模型分别对圆柱形充液室中圆形射流和矩形射流扩展过程进行气水耦合数值求解。考虑了燃气可压缩性、流体粘性和热量交换因素对射流扩展特性的影响。通过数值模拟,获得圆形射流扩展形态及轴向速度计算值,与实验结果吻合较好。在此基础上,进一步对比分析了矩形射流和圆形射流的扩展特性,获得射流场中密度、压力、温度和速度的分布图以及涡的演化过程。计算结果表明:燃气自喷孔喷出,由于出口处压力较大,高温燃气继续膨胀产生膨胀波,膨胀波在气液界面反射形成压缩波,圆形射流的膨胀波和压缩波均比矩形射流强。燃气射流扩展过程中,由于周围液体惯性效应,气液卷吸掺混效应以及膨胀压缩波作用,圆形射流的压力场和温度场分布较矩形射流更加复杂,同时刻的圆形射流轴向扩展速度也比矩形射流小。从速度云图发现矩形射流的速度核心区比圆形射流速度核心区要短;同时从圆形射流和矩形射流不同截面流向速度分布图发现流向速度峰值均发生了偏移,但矩形射流发生偏移的区间更长,偏离距离更远。     

气氧/煤油富燃燃气发生器燃烧试验研究

为了研究航天煤油的富燃燃烧特性,设计了一个气氧/煤油富燃燃气发生器,并进行了室压范围1~4MPa、混合比范围0.25~0.52的燃烧试验,获得了混合比和室压对特征速度、燃气温度及燃烧效率的影响规律。试验结果表明,采用火花塞点火方式可以实现该燃气发生器在高度富燃条件下的可靠点火;在本文研究范围内,试验测得的特征速度和燃气温度明显低于化学平衡理论预测值,燃烧效率介于63.9%~88.3%之间。混合比是特征速度、燃气温度及燃烧效率的最大影响因素,室压的影响远小于混合比。燃烧效率与实际燃气温度与理论燃气温度比值的平方根成正比。     

飞机弹射救生过程人椅运动仿真

建立了人椅系统运动模型，针对人体结构特点，建立了飞行员上肢3刚体7自由度数学模型．采用Kane方法建立了人体上肢动力学模型，计算了上肢各环节在弹射救生过程中相对转角等，计算结果表明身体上肢甩打过程短暂，整个甩打过程在0．4～0．5s甚至更短的时间内，上肢各关节的转角及由此引起的关节力、力矩即可达到人体的耐受极限，仿真结果显示上肢运动的特征有明显的“鞭打运动”。通过CATIA二次开发方式，对飞机弹射救生过程人体动力学响应特征进行可视化仿真，使设计人员能够直观的获得各种弹射情况下人椅运动规律，提高设计效率？