Recent advances in physical understanding and quantitative prediction of impinging-jet dynamics and atomization

Impinging-jet injectors are widely used in liquid propulsion applications, since their simple configuration provides reliable and efficient atomization. The flowfield involves a series of complicated spatio-temporal evolutions. Much effort has been directed toward understanding the underlying physics and developing quantitative predictions of impinging-jet atomization. This paper summarizes the recent advances in this direction, including state-of-the-art theoretical, experimental, and numerical studies, along with representative results. Finally, concluding remarks address remaining challenges and highlight modeling capabilities of high-fidelity simulations.     

升力偏置对共轴刚性旋翼前飞气动特性的影响

为了分析升力偏置对共轴刚性旋翼前飞气动特性的影响，建立了基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算流体力学方法进行共轴旋翼流场求解，采用嵌套网格方法模拟桨叶运动，采用双时间方法进行时间推进。针对不同升力偏置状态，采用基于"差量法"的共轴旋翼高效配平策略进行操纵量配平。通过对Harrington-1旋翼性能的计算，验证了方法的有效性。对比计算了共轴刚性旋翼在不同前进比和升力偏置量下的气动性能和流场特征，结果表明：双旋翼操纵量在小前进比状态有明显差别，在大前进比状态基本一致；在相同拉力状态，随着升力偏置量的增大，共轴旋翼升阻比先升高后降低，其阻力却不断增大，不同前进比状态的最大升阻比对应的升力偏置量不同；双旋翼相遇时桨叶拉力出现脉冲式波动，由于流场被前行桨叶所主导，因此后行桨叶拉力波动幅值更大，且波动幅值随升力偏置量的增加而增大。     

格子玻尔兹曼和气体动理学通量算法及其应用进展

采用守恒律方程求解流体流动问题时,单元界面通量的计算尤为关键,该过程也被称为通量重构。由于离散控制方程的物理量定义在解点上,如何利用解点上的值来计算单元界面的通量,是计算流体力学最为关心的问题之一。针对该问题的研究已发展了各式各样的计算格式,例如完全基于数学重构的差分近似、基于部分物理重构的黎曼通量求解器以及近年发展起来的基于完全物理重构的气体动理学格式、格子Boltzmann通量算法和气体动理学通量算法。本文首先对几种典型的通量重构算法进展进行回顾和分析;然后着重介绍格子玻尔兹曼通量算法和气体动理学通量算法的研究进展及其相关应用;最后就该类算法存在的挑战和可能的研究方向进行展望。     

二自由度闭环触觉再现机构的反向驱动性能

触觉再现装置的反向驱动性能是衡量触觉再现装置设计成败的重要指标,也是触觉再现装置设计的主要依据.对二自由度触觉再现机构进行设计,得到了二自由度触觉再现机构的物理样机;以二自由度触觉再现机构为对象,用拉格朗日法对其进行动力学分析,在此基础上给出了评价机构反向驱动性能的衡量指标--广义惯性椭球(GIE),并用图形直观地描述了机构的反向驱动性能;通过改变部分构件的材料改善了触觉再现机构的反向驱动性能,以便在设计中选择性能合适的二自由度触觉再现机构.     

探空火箭定时定点入轨的一种制导控制规律

针对特定探测天体,给出了特殊用途的探空火箭与其实现空间交会的时刻与地点的计算方法.根据特定天体的运行轨道,发射前算出标称交会飞行轨道,装订在箭载计算机内.火箭发射后,利用箭载惯性导航系统确定自身当前的位置与速度,比对标称飞行轨道参数得出飞行偏差,通过控制火箭推力偏斜调整飞行轨道,使探空火箭在交会时刻到达交会点,并在交会时刻相对与惯性空间的速度为0.定义了研究所用的各种坐标系,建立了火箭飞行动力学方程.研究了标称飞行轨道最优交会点选取,交会时间与发射时间计算等问题.给出了发射后动力飞行段的制导控制规律,核心思想是将控制信号分解为时间控制、当地水平面上的海拔高度控制、南北控制与东西控制,通过设置偏置量减小关机后轨道摄动因素引起的漂移.利用计算机数值仿真验证了这种制导控制规律的可行性.     

NC/NG共混体系的塑化行为

为了解硝化纤维素(NC)/硝化甘油(NG)塑化行为的实质,用动态流变学方法和红外光谱法对其塑化行为的宏观性质表现进行测量,并在此基础上通过分子动力学模拟揭示NC在塑化过程中的微观结构变化.结果表明,NC/NG共混体系的储能模量(G′)和损耗模量(G＂)随塑化时间逐渐增大,且G′逐渐接近并超过G”,二者最终趋于稳定,此过程中体系的某些与氢键有关的红外特征频率向低波数移动.分子动力学模拟表明,在NC/NG共混体系塑化过程中,NG分子的空间位阻作用使NC分子链自由体积增加;另一方面NG分子与NC分子形成的氢键替代了NC分子内氢键,使NC分子链内部作用力减弱,回转半径增大.     

Delaying stall of morphing wing by periodic trailing-edge deflection

Morphing wings can improve aircraft performance during different flight phases. Recently research has focused on steady aerodynamic characteristics of the morphing wing with a flexible trailing-edge, and the unsteady aerodynamic and stall characteristics in the deflection process of the morphing wing are worthy further investigation. The effects of the angle of attack and deflection rate on aerodynamic characteristics were examined, and based on the aerodynamic characteristics of the morphing wing, a method was developed to delay stall by using the flexible periodic trailing-edge deflection. The numerical results show that the lift coefficients in the deflection process are smaller than those in the static situation at small angles of attack, and that the higher the deflection rate is, the smaller the lift coefficients will be. On the contrary, at large angles of attack, the lift coefficients are higher than those in the static case, and they become larger with the increase of the deflection rate. Further, the periodic deflection of the flexible trailing-edge with a small deflection amplitude and high deflection rate can increase lift coefficients at the critical stall angle.     

功率分流齿轮传动系统均载性能的影响因素研究

功率分流传动系统具有承载能力强、传动比大、结构紧凑等优点，已被成功应用于航空、船舶等领域。确保载荷平均分配于各支路上是该系统设计应用时需考虑的关键问题之一。本文通过齿轮系统动力学模型对某功率分流传动系统的均载问题进行了研究。在动力学建模中综合考虑了齿轮副的齿面误差、啮合间隙、弹性变形以及其他影响均载性能的因素，并进行了深入的参数敏感度分析；根据计算结果，提出了可以提高传动系统均载能力的若干方式。     

基于CFD方法的主动襟翼控制旋翼翼型涡特性研究

基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,建立了一个适用于旋翼二维主动襟翼控制(Active flap control,AFC)数值模拟的方法。在满足对翼型参数化分析的前提下,使用Euler方程求解以提高计算速度,并采用嵌套网格方法对AFC旋翼后缘襟翼进行运动控制。应用所建立的方法,首先进行了算例验证计算,然后着重对AFC旋翼翼型进行了数值模拟。在此基础上,进一步开展了AFC旋翼翼型主要参数对后缘涡影响的计算分析。结果表明:提高桨尖马赫数、增加后缘小翼摆动频率能加快涡产生速度;而提高桨尖马赫数、增大后缘小翼摆动幅度和后缘小翼长度能增大涡的强度;但增大后缘小翼与主桨叶缝隙间距仅在一定范围内能够增加涡强度。     

球形弹丸超高速撞击铝靶的分子动力学模拟

基于开源分子动力学程序LAMMPS建立球形铝弹丸超高速撞击铝靶的计算模型,模拟弹丸以10 km/s的速度超高速撞击单层靶、双层靶和半无限厚靶;获得了超高速碰撞靶板的物理过程及靶板损伤特性,与超高速碰撞宏观现象相似;厚靶成坑坑深与宏观经验公式计算结果基本一致。模拟结果初步表明,分子动力学方法可以对弹丸超高速碰撞薄靶和半无限厚靶进行模拟,为揭示碰撞过程中的微观机理提供了一种新的研究方法。