可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方法

在可压缩流动问题的数值模拟领域,激波的高分辨率计算已取得重要进展。但是包含物质界面的可压缩多介质流动的数值模拟还存在诸多数值挑战,主要表现为界面处数值耗散过大和非物理振荡等问题。界面处流体性质的不连续性是造成可压缩多介质流动问题物理建模与数值方法困难的主要原因。为了建立一套高效的可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方案,本文从数值框架的选择、非守恒方程相容离散、高精度有界格式构造、界面压缩、界面-单介质分区计算方法等多个维度出发,综述近几年我们在可压缩多介质流动问题高精度数值模拟方法方面的研究进展。通过上述多个维度的工作,我们建立了一套适用于可压缩多介质流动问题的低耗散、基本无数值振荡的高精度欧拉数值方法,并成功应用于可压缩多介质大变形流动和界面不稳定性诱导湍流混合等问题的数值模拟。相关数值方法研究成果已集成至武器物理等领域工程数值模拟软件中,为相关工程任务提供了重要技术支撑。     

基于载荷当量安装误差的面齿轮振动特性

以面齿轮传动系统为研究对象,考虑载荷作用下面齿轮传动系统中支撑结构变形和轮齿弹性变形,通过将传动系统变形等效到面齿轮和直齿轮安装误差方向,建立包含当量安装误差的面齿轮多自由度耦合振动分析模型；采用4阶Runge-Kutta法求解了面齿轮传动系统运动微分方程,得到了当量安装误差对面齿轮振动加速度和法向动态啮合力的影响；开展了面齿轮动态特性测试试验,试验结果表明:偏置距误差和轴交角误差引起的面齿轮沿x方向振动加速度大于沿z方向振动加速度；偏置距误差对面齿轮x方向振动加速度的影响大于轴交角误差。      

民机货舱用抗烧穿双向快速泄压装置的设计

民航史上一起由于“货舱泄压”引发300多人丧生的空难对货舱快速泄压装置提出了技术需求。描述了现有国外民机货舱快速泄压装置的三种典型结构,并对比分析这三种结构的快速泄压装置的优缺点。基于国内某型号民机货舱快速泄压装置的研制和试验经历,提出了一套全新的货舱快速泄压装置的设计流程,并总结其设计要点,供国内民机货舱快速泄压装置设计参考。     

电流控制型多路输出开关电源设计与实现

阐述了一种基于电流型脉宽调制控制器的多路输出反激变换器的设计。采用输出电压加权反馈和变压器绕组设计技术,实现了较高的多路输出电压的交叉调整率。实验结果表明,15V输出的调整率为1.6%,交叉调整率为4.86%。该电路实现简单,效率高,可靠性高,在实际应用中具有重要价值。     

微小型无人直升机避障最优轨迹规划

针对无人直升机在低空复杂环境下避障飞行问题，提出了一种基于非线性最优控制理论的求解策略.以避障机动飞行时间为优化目标，无人直升机六自由度非线性动力学方程为等式约束，直升机飞行性能限制以及三维空间中障碍物限制等因素为不等式约束，建立了避障机动飞行的最优控制模型.然后利用高斯伪谱法（GPM，Gauss Pseudospectral Method）将轨迹规划问题转化为非线性规划（NLP，Non-Linear Programming）问题，并采用序列二次规划算法进行求解.在此基础上研究了障碍物尺寸对最优轨迹的影响.计算结果表明，该方法能够以较高的精度生成真实可行的避障飞行轨迹，最优机动动作取决于障碍物纵横向尺寸比.     

基于飞机/发动机性能一体化的发动机控制规律优化设计方法研究

针对发动机控制规律的选取对飞机/发动机性能一体化设计的影响,基于飞机/发动机性能一体化设计方法,开展了发动机控制规律优化设计方法研究。从先进战斗机飞行任务出发,开展了飞机/发动机性能一体化设计方法研究,进行约束分析和任务分析,以起飞总重最低为目标优选飞机/发动机设计方案,验证了设计方法的合理性。采用飞机/发动机性能一体化设计方法,分别研究了不同节流比和不同控制规律设计对飞机/发动机性能一体化设计的影响。研究表明:在飞机/发动机性能一体化设计过程中,采用合理的发动机最大状态控制规律同时选取恰当的发动机节流比,可以有效扩大约束可行域,同时能够降低发动机的燃油消耗量,降低飞机起飞总重。     

亚声速二喉道流场不对称现象研究

为满足未来我国先进飞行器的发展需求，我国将考虑建设大型跨声速风洞，提高风洞试验模拟精细化水平。而第二喉道作为风洞 Ma 数控制的有效手段，被认为是提升跨声速风洞能力的关键技术之一。本文首先通过CFD 数值模拟发现了二喉道段流场在某些压比下存在不对称现象，然后，利用现有引导风洞，设计加工了 Ma＝0．7的带可变中心体的二喉道段进行验证试验。试验结果显示，当前室总压达到某一值时，二喉道段流场会出现不对称现象，并前传影响试验段流场品质。最后利用 CFD 手段给出了一种无不对称现象的新型二喉道设计。     

基于微观图像及内聚力模型的复合材料裂纹扩展模拟

为研究材料微观结构及晶界强度对材料力学性能的影响,在晶界处引入内聚力单元模型,模拟晶间破坏过程。以ZrB_2-SiC复合材料为研究对象,将其扫描的微观结构图片进行矢量化处理,并导入ABAQUS有限元软件中建立模型,同时在其晶界处,设置内聚力单元模拟晶界破坏过程。通过改变Zr B2与Si C相界面强度,得到了晶界及材料不均匀对材料应力分布及裂纹扩展的影响。结果表明,由于晶界的存在,材料内部出现应力分布不均匀现象并产生应力集中。随着晶界强度的改变,裂纹起始位置及扩展方向发生改变,且裂纹沿低强度的界面进行扩展。随着ZrB_2-SiC界面强度增大,材料的强度提高,拉伸模量不变。     

金属热防护系统边缘热短路研究

研究了金属热防护系统(TPS)的缝隙辐射及支架两大热短路问题。通过数值计算分析了缝隙宽度和缝隙辐射率对热短路的影响,完成了整体样件以及阵列组合件的稳态传热实验测试,定量地研究了热短路的影响情况。实验结果显示:支架处热短路现象明显,实验中支架引发的热短路温差高达50K;在773K以下,缝隙传热引发的温升随着缝隙宽度的增加而线性增加;在773K以上,辐射热传导在缝隙宽度超过3mm时即成为内部传热的主导机制,这时缝隙传热引发的温升不再随宽度增加而线性递增。所提供的数值分析和实验方法可为金属热防护系统的分析与设计提供重要的参考价值。