激光捷联惯导量化热设计指标控制方法

随着机载激光捷联惯导向小型化方向发展,惯导结构的热设计正面临着更加严峻的挑战.针对设计中经常出现因无法在设计前期进行热设计指标控制而导致后期设计返工的问题,提出了一种热设计量化控制方法,即根据估算的整机功率计算箱体外表面积,再对箱体外表面积可达性进行判断,如可达则以该参数作为控制指标进行设计,如不可达则采用可达的最大表面积作为输入反算整机功耗,再根据计算结果对各电路功耗进行重新分配.经有限元仿真计算和试验一致证明该方法有效,可以实现惯导设计前期定量化的热设计控制,在很大程度上避免了后期因热可靠性及热试验问题的设计返工.     

旋翼减摆自润滑衬套疲劳试验温度设计与控制

以高分子材料自润滑衬套为研究对象，其摩擦阻尼为旋翼摆振铰提供减摆阻尼，在直升机飞行时，摆振铰作周期摆振运动，产生大量的热，引起衬套温度升高，易造成摆振自润滑衬套阻尼值剧烈变化。通过建立旋翼支臂摆振铰自润滑衬套摩擦生热模型，计算了摆振铰摩擦总热流量，按摩擦副接触面最高温度相等假设计算热流量分配。对传热过程应用有限元稳态热进行求解，获得了直升机旋翼运转时摆振铰摩擦副的温度分布，再进行自润滑衬套疲劳耐久性试验装置水冷散热等同性分析，最终确定了试验装置控制温度参数，为旋翼摆振铰自润滑衬套疲劳耐久性考核试验设计和验证提供参数。     

基于有限单元热网络法的航空发动机主轴轴承热分析

航空发动机主轴轴承温度场的精准预测对保证发动机润滑系统及整机稳定运转至关重要。针对传统热网络法精度低的问题，提出一种基于有限单元思想的有限单元热网络法。将轴承结构通过网格划分为有限个单元体，每个单元体设置一个温度节点代表该单元体的集总参数，节点间构建热阻关系并形成热网络，通过求解以温度为未知量的大型稀疏矩阵线性方程组来获得滚子轴承横截面的温度分布。该方法可以与轴承局部产热理论相结合，实现轴承局部产热的精准加载，完成温度场的精细化分析。通过与试验结果对比，本文方法对轴承外环表面中心线温度的预测结果与试验结果误差不超过13%。     

供油瞬态喷油杆内燃油结焦机理及规律数值研究

为获得喷油杆通断循环供油工作模式下，供油瞬间燃油结焦速率陡增机理，本文建立起沿喷杆轴向的一维非稳态热-流-固耦合换热与燃油结焦计算模型。获得不同时刻壁温、油温与结焦速率等参数轴向分布。通过与连续供油模式下的结果进行对比，来分析供油瞬间灼热喷杆内壁对燃油热冲击的影响，以获得结焦速率陡增机理。结果表明通断供油模式下，供油瞬间会迅速形成一尖锐的油温和结焦前体浓度峰值，结焦固相表面反应被迅速激发，结焦速率陡增。在喷杆前端（x=100mm）与底部（x=260mm）附近各存在一结焦速率峰值区域。通断供油模式下，在x=100mm和x=260mm位置处，每个周期供油起始时刻结焦速率峰值分别在5000μg/cm2h和2000μg/cm2h左右，远大于连续供油下的值。但供油结束时刻，供油模式的影响大幅下降。此外通断供油下，供油瞬间热冲击对燃油结焦的影响沿喷杆轴向逐渐减小。减小喷杆供油流量，热冲击的影响有所下降，且随时间先升高后降低。提高进口油温，热冲击的影响显著减小，且随供油时间逐渐降低。     

蜂窝状薄壁管拉伸时的内陷分析

蜂窝材料因具备广阔的结构设计空间,已广泛应用于航空航天等工业领域。探索蜂窝元胞的组织结构、组分性质与材料整体性能之间的关系有助于新型功能性材料的设计开发。本文从非平面Vertex模型的势能形式出发,结合蜂窝薄壁圆管拉伸时的轴对称特征,通过变分法得到了圆管拉伸时母线满足的控制方程,揭示了边界效应是蜂窝状薄壁圆管受拉时产生内陷的原因,并结合母线控制方程的若干特解,考察了非平面Vertex模型势能形式中包含的材料性质参数与圆管拉伸后内陷程度及范围的关系。研究还指出,蜂窝材料的材料性质包含在非平面Vertex模型的势能形式中,为蜂窝状材料整体性能的研究提供了一种新的思路。     

气冷涡轮导叶流热耦合计算及机理

针对气冷涡轮叶片的多场耦合特性，利用流热耦合（CHT）方法，对采用不同气冷结构的高压涡轮导叶进行数值模拟。在内冷涡轮导叶算例中，对比实验数据选取精度较高的流热耦合计算方案，分析该内冷涡轮导叶的多场特性及耦合机理。在此基础上，以带有气膜冷却孔及内冷通道的气冷涡轮导叶为研究对象，重点围绕冷却射流与主流的相互作用，讨论近壁边界层中流热耦合关系及气冷效率影响因素等相关问题。结果表明:采用流热耦合计算方法及合适的湍流转捩模型有利于提高数值精度；气冷涡轮导叶的流场温度场密切耦合，流动换热特性互相影响；冷气射速低时，增加冷气流量可提高气膜冷却效率，冷气量达到一定值时，冷气流量增加将导致气膜冷却孔后上游冷却效果变差，下游冷却效果变好；冷气射速较高时，将与主流相互作用产生复杂流动结构（如肾形涡、马蹄涡等），对温度分布存在一定影响。      

高能合成煤油GN-1性能研究 --“液体火箭推进”专刊

结合火箭发动机工程应用环境，研究了GN-1煤油高温高压热物性、安全特性、传热结焦性能以及点火延迟性能，并和现役火箭煤油作了对比分析。采用商业仪器对GN-1煤油在最高200℃、最高压力25MPa范围内的密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力进行了实验测量。在实验数据的基础上，依据基团贡献法、基于比容平移法则的P-R方程、摩擦理论、广义对应态原理分别对GN-1煤油在最高350℃、最高压力60MPa范围内的密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力进行了理论计算，建立了GN-1煤油的密度方程、黏度方程、导热系数方程，并将方程的计算值与实验值进行了对比，计算偏差较小。对GN-1煤油和火箭煤油的安全性能进行对比研究，GN-1煤油的闪点为40℃，自燃温度为305℃，高于火箭煤油(225℃)；燃点为47℃，低于火箭煤油(82℃)，GN-1煤油的爆炸极限范围为0.44%-2.9%（40℃）。GN-1煤油和火箭煤油的急性经口毒性LD50＞5000mg/kg，均属于第五级化合物（实际无毒）。在入口压力10 MPa，流速10 m·s-1，内壁温480℃条件下，GN-1煤油的传热系数比火箭煤油提高14.4%，建立了传热准则方程。GN-1煤油出口油温220℃时试验段平均结焦速率是出口油温150℃时的4.43倍，GN-1煤油不锈钢材质管路中试验段平均结焦为高合管材质管路中的22.3%。在970K-1105K温度范围内，GN-1煤油的点火延迟时间为320μs-471μs，是火箭煤油的55.6%-69.3%。相关研究可对发动机可靠设计及应用提供重要参考。     

非紧致气动噪声半空间传播基本解的边界积分方法

为了获得低马赫数流动诱发的非紧致气动噪声在半空间内传播的基本解,结合复等效源方法和边界元方法建立了半空间精确格林函数的边界积分方程,当半空间边界为刚度型阻抗边界时可避免奇异性积分。同时基于等效源方法提出一种半空间二维非紧致圆柱声散射模型,推导了静止介质中声散射基本解的理论表达式。对静止介质中的二维圆柱声散射,数值解在研究的频率与观察点处与理论解一致。采用数值方法计算二维圆柱绕流诱发的半空间声场基本解,结果显示半空间边界强化了声源的声辐射能力,小于马赫数0.2的介质运动对声传播的影响可以忽略。     

固体运载火箭级间热分离仿真气体模型研究

目前,计算流体力学和飞行力学耦合仿真是模拟运载火箭级间分离较为流行的方法,而发动机内外流动建模则是运用该方法的关键。工程上,常用的方法是将发动机燃气与外部大气当作同一种气体组分处理,未考虑内外流动的多组分与燃烧效应。分析了化学非平衡流模型、双组分气体模型和常规单组分气体模型在火箭级间热分离流场计算中的适用性。化学非平衡流模型由于过高的计算消耗,不适用于火箭研制工程中大规模的参数化研究。而热化学等级较低的双组分气体和单组分气体模型由于计算量较低,具有较好的工程适用性。双组分气体模型计入了火箭燃气的特性,计算消耗远低于化学非平衡计算,且能够较好地预测火箭级间段的流动分离,在计算效率和计算保真度之间做出了较好的平衡,未来在工程研究中有较大的应用潜力。     

稀薄流航天器鼻锥迎风凹腔气动力和气动热性能研究

本文采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法，对高超声速稀薄流中航天器鼻锥迎风凹腔气动力与气动热性能进行了数值研究。得到了鼻锥外壁面、凹腔侧壁面以及凹腔底面的热流密度分布，分析了不同凹腔深宽比对鼻锥冷却效率以及凹腔腔体内气体参数的影响；以深宽比为1的凹腔为基准，研究了凹腔唇口钝化半径对航天器气动热与气动力的影响。数值结果表明，高超声速稀薄流中迎风凹腔能够降低鼻锥外壁面的热流密度；当凹腔深宽比达到1之后，凹腔侧壁面热流变化趋于一致，热流密度最低点的轴向位置不随深宽比改变，且凹腔底部热流很小；凹腔近底部气体均由稀薄流转化为连续流，腔内气体压力不断振荡；唇口钝化没有明显优势，虽然可以降低鼻锥峰值热流，但是会带来严重的气动力性能下降。