RAT系统作动筒阻尼孔的设计与仿真技术

冲压空气涡轮（Ramjet air turbine，RAT）在紧急情况下释放能够为飞机提供所需的电能和液压动力，从而保证飞机安全。RAT系统能否在规定时间内顺利释放是保证飞机安全的关键，其释放速度主要靠作动筒的阻尼孔来控制，但是目前国内在RAT作动筒阻尼孔的设计方面缺乏研究。为此，利用仿真技术，开展了RAT系统作动筒阻尼孔的设计研究。首先根据RAT作动筒的结构和工作原理，使用AMESim建立了RAT作动筒模型，并验证了模型的正确性。AMESim是一种基于物理模型的建模仿真平台，其中包含液压元件设计库、动力传动库等，在液压系统的建模仿真方面应用十分广泛。然后通过仿真试验，研究了阻尼孔的设计对RAT释放时间的影响规律及程度。最后，针对支线飞机和小型飞机的RAT释放时间要求（0.6~0.8 s），对阻尼孔进行了最优设计，从而为RAT系统作动筒阻尼孔的设计工作提供支持。     

复合相变蓄热材料传热特性计算与实验研究

复合相变材料（PCM）作为一种固/液相变材料与多孔高导热泡沫等材料复合而成的新型材料体系，具有潜热大和热导率高等优异性能。因此，基于复合相变材料的蓄热装置成为新一代飞行器热管理技术的研究热点。以碳化硅（SiC）泡沫填充石蜡类相变材料为研究对象，采用有限容积法与等效热容法相结合的方法，建立了考虑材料细观与宏观传热特性的复合相变材料传热特性数值预测方法，搭建了实验平台并开展了材料传热特性的实验研究，验证了计算模型与方法的有效性。相关方法可为材料孔隙率、微结构等特征对复合相变材料传热特性的影响规律研究以及材料蓄热性能的优化提供参考。     

跨声速涡轮叶栅两点优化目标函数研究

针对跨声速涡轮叶栅单点优化方法难以获得整体工况性能提升、多点优化方法难以确定合理目标函数形式的问题，提出了两点优化的方法。为了节约优化时间成本，优化过程采用EIF （Equivalent inviscid flow） 模型进行数值模拟，通过添加惩罚函数保证叶栅满足设计流量和负荷要求，并采用叶栅效率线性平均的目标函数形式进行评价。选择两组跨声速涡轮叶栅进行优化设计，并利用CFD方法分析叶型变化对流场马赫数、激波和损失产生的影响。结果显示，所提出的优化设计方法在保证设计工况性能的同时，能够提升叶栅整体工况性能。通过流场分析，揭示了激波结构变化对不同工况损失影响的定性规律。综合全文研究后，给出了一种适用于跨声速涡轮叶栅两点优化设计的目标函数形式。     

泡状隔板对涡轮叶片内冷通道换热和流阻的影响

为增强涡轮叶片内部通道的换热、减小流动阻力,提出了一种新型的泡状隔板结构。通过实验与数值模拟相结合的方法,研究了等热流边界条件下泡状隔板结构的半径以及形状对通道换热和流阻特性的影响,并与直隔板进行对比,实验结果表明:在研究范围内,对称型泡状隔板结构能够大大减小通道流动阻力,随着泡状结构半径的增大,减阻效果增强;不对称型泡状隔板结构只在半径最大时能减小流动阻力;泡状结构对于换热的影响并不明显。实验结论可以为涡轮叶片内部冷却通道的优化设计提供理论依据。     

涡轮叶片辐射热冲击疲劳试验控制技术研究及实现

针对涡轮叶片热冲击疲劳试验的加热模拟需求,采用了基于石英灯辐射加热与气化液氮和喷水强制冷却的多种方法。通过石英灯辐射加热系统、电动伺服装置和冷却装置的参与,实现了连续的热冲击和强制冷却降温过程。温度控制方法满足了辐射热冲击过程的快速升温要求,其与控制器直接输出驱动控制的分时联合应用,在强制冷却降温过程中避免了单纯温度控制所导致的加热系统高频次震荡现象。此方式为模拟涡轮叶片实际启动-停车循环的热冲击过程提供了新的思路和借鉴。     

基于测量数据积累的弱目标检测前跟踪算法

检测前跟踪(TBD)算法是一种有效的弱目标联合检测与跟踪方法。当目标强度参数未知时,基于点目标假设的主流TBD算法通常将其建模为增广目标状态变量,在贝叶斯框架下联合估计目标运动状态与强度信息。本文研究发现强度参数估计精度受限于点扩散函数(PSF)的设置,提出了一种基于测量数据积累的弱目标TBD算法。该方法利用目标的航迹,积累多帧间目标占据分辨单元的测量数据,在实现弱目标的联合检测与跟踪的同时,对目标强度参数完成准确估计,为后续目标分类或识别提供有用的目标强度信息。仿真结果表明:在低信噪比条件下,所提算法的强度参数估计精度和稳健性优于主流TBD算法,并最终收敛于参数完全已知时的最优联合检测与跟踪结果。     

端壁转动对凹槽叶尖流动换热性能的影响

为了研究端壁转动对跨声速凹槽叶尖流动换热性能的影响,采用数值方法,详细研究了三种冷却孔结构凹槽叶尖在端壁转动条件下的叶尖间隙流场、冷却流流态、气膜冷却效率、叶尖表面换热系数和叶尖泄漏流量,同时考虑凹槽深度和端壁转动速度的影响。结果表明:端壁转动在叶尖凹槽内形成与泄漏流分离涡方向相反的旋涡,使泄漏流在凹槽底面的再附增强,在凹槽突肩的再附减弱。端壁转动能减少叶尖泄漏流量,研究范围内,叶尖相对泄漏流量最多减小20%。随着凹槽深度增大,叶尖平均气膜冷却效率随之增大,叶尖平均换热系数和叶尖泄漏流量随之减小。随着端壁转速减小,叶尖泄漏流量随之增大,压力侧和吸力侧冷却孔模型的叶尖平均气膜冷却效率随之减小,而中弧线冷却孔模型的叶尖平均气膜冷却效率随之增大。压力侧喷入冷却气流,叶尖的气膜冷却效果最好。