三种空化模型在氧泵诱导轮中的计算分析

为探索不同空化模型对氧泵诱导轮的适应性,选取Schnerr&Sauer,Zwart及Singhal三种空化模型对氧泵诱导轮进行数值模拟,将三种不同流量系数(ψ=0.9,ψ=1.0及ψ=1.1)下每个计算结果与实验数据进行对比,发现Schnerr&Sauer和Zwart两种模型预测空化外特性变化趋势更加接近实验值,其中Schnerr&Sauer模型在空化发生段的计算结果与实验结果吻合较好.Schnerr&Sauer和Zwart两种模型在ψ=1.0的临界空化数与实验值误差为2.9％,在ψ=1.1的临界空化数与实验值误差为8.7％,Singhal模型计算结果偏差较大.三种空化模型在计算叶片压力分布上比较相近,在计算叶栅及流道气泡数分布上,由于Schnerr&Sauer和Zwart模型都考虑了气泡数密度的影响,而Singhal模型仅考虑了气泡运动,计算的气泡分布较低;综合考虑外特性及内流场计算结果,Schnerr&Sauer更适应于诱导轮空化计算.     

噪声激励下典型复合材料铆接结构的声固耦合分析

针对CVI工艺下复合材料典型铆接板,提出一种适合复杂模型动力学分析的建模方法:采用Bush和RBE2的组合单元模拟铆钉连接,将板间的弱非线性接触力转化为接触刚度,建立该复合材料铆接板的有限元模型。同时,基于有限元-间接边界元法推导了考虑接触力的声固耦合动力学方程,开展了该复合材料铆接板在随机噪声激励下的声固耦合分析,并探讨界面接触对声固耦合系统固有特性和动响应的影响。研究结果表明,界面接触模型比界面刚接模型更为准确;刚接模型会增大复合材料铆接板连接界面的局部刚度,使得结构的固有频率偏高,响应峰值向高频处移动;考虑接触对结构的加速度响应影响较大,对应力响应影响较小。     

跨介质航行器弹性舵翼空化流固耦合仿真分析

跨介质航行器水中航行过程中的流固耦合效应是影响航行稳定性和结构安全性的关键问题。基于径向基函数法和模态叠加方法,开展跨介质航行器水中运动过程中空化流动与结构振动的耦合仿真,对航行器三角型截面舵翼的流固耦合效应进行研究,分析了不同攻角下的空泡形态以及舵翼与空化流动的相互作用。分析结果表明,在来流攻角为2°～6°时,航行器及舵翼几乎被包在超空泡内部。当来流攻角为8°时,舵翼的自由端会穿透空泡界面,使其所受水动力比小攻角条件下大一个量级,振动特征也更为复杂。     

自由射流超燃冲压发动机燃烧室流场对比计算研究

提出一种针对喷射的简化模型，拓展了二维／轴对称NS方程模型的适用范围。通过算例验证，显示出源项加质方法具有良好的质量守恒性。针对文献中的实验进行了对比计算，结果表明，数值模拟与实验点符合得较好，验证了方法的可靠性。采用上述简化模型，针对化学反应过程与流动过程采用了耦合与解耦这两种方法，对放置在自由射流实验台上两种构型的缩比发动机燃烧室段进行了考虑化学反应流场模拟，得到了主要气动参数的分布图。研究了总压耙等测量装置对于流动的影响。计算结果表明，数值模拟所得到的壁面静压值与实验壁面压力符合得较好，并且为合理布置测量仪器提供了一定的参考。     

圆柱体落水过程多相流体动力特性数值分析

针对圆柱体大角度落水过程多相流动问题,采用VOF多相流模型和重叠网格技术分析了低弗劳德数条件下圆柱体落水过程空泡演化、水动力特性以及尺度效应的影响。结果表明:不同直径的圆柱体落水空泡均发生拉断闭合,且空泡闭合时间随弗劳德数增加而线性增大。除落水抨击和空泡闭合阶段外,升力系数在空泡闭合前的平均增长率比空泡闭合后快。阻力系数从落水撞击至空泡闭合阶段变化一致,但是在空泡闭合后出现分化现象。     

运载火箭起飞噪声环境缩比模型试验方法

基于相似理论建立缩比模型试验相似准则,提出了火箭发动机喷流声场试验预示方法的流程。通过缩比模型系留点火试验,根据几何相似、喷流参数相似、发射环境相似来预示起飞噪声环境,在国内首次给出了运载火箭表面的噪声环境的空间相关特性,结果表明预测结果与遥测数据之差小于1.5 dB,校验了缩比模型方法的有效性。缩比模型方法对于我国新一代运载火箭的起飞噪声环境预示、噪声载荷设计、地面试验具有重要意义。     

潜射导弹表面空化特性研究

潜射导弹水下高速运动时,弹体表面的空化现象对导弹的力学环境有重要影响。阐述了空化产生的机理,并通过数值模拟研究了空化流动的流场结构,分析了空化数及非凝结性气体含量对空化流动的影响。研究结果表明:空化数越小,水中非凝结性性气体含量越多,弹体表面空化就越剧烈,空化对导弹所受水动力的影响也越大。     

诱导轮超同步旋转空化传播机理

为了揭示超同步旋转空化的传播机理,对二维平板叶栅内部非定常空化流动进行数值模拟研究,叶栅的几何参数和模拟工况均来自真实诱导轮试验结果。结果 表明:仿真预测的叶栅空化断裂点与试验结果接近,随空化数下降空化区的演变规律与试验结果一致。在一定的空化数范围出现传播频率比为1.1～1.4的旋转空化现象,对流场细节的深入分析发现空...     

航天器密封舱微重力对流传热与传质地面试验模拟方法理论分析

针对航天器密封舱内气体对流传热传质地面模拟试验问题，依据传热传质相似试验理论方法，进行了初步的理论分析，包括热缩比模型法和降压法，给出了它们相似试验的相似律及它们应用的约束条件，并从理论上定性分析了不同试验方法的优缺点。分析表明，在重力条件下，热缩比模型法在保持Reynolds数不变的前提下可明显抑制传热传质过程的温差和密度差对流动与传热传质的影响，而且抑制效果与缩比比例的三次方成正比；而降压法在保持Reynolds数不变的前提下同样可明显抑制自然对流的影响和密度差对流动与传热传质的影响，但对自然对流和传质过程的密度流的抑制效果有所不同。     

运载火箭与航天器界面载荷设计优化方法

基于动力学理论，开展了器箭界面动态内力的理论建模，对影响器箭界面动态内力的主要因素进行辨识，并分析了器箭界面动态内力随各影响因素的变化趋势。同时，基于某真实火箭构型以及对应外激励，通过设计有效载荷的质量、质心高度以及基频参数组合集，开展跨声速工况下器箭动力学耦合分析，获取横向质心等效加速度分布数据。结合理论分析的分布规律，对耦合分析质心等效加速度进行分类统计，构建了一种可行的器箭界面动态内力精细化设计方法。该方法应用于新一代运载火箭，可有效降低器箭界面载荷设计条件，具有重要的工程意义。     

水下航行体空泡发展及出水溃灭特性实验研究

针对水下航行体出水过程中的空泡发展及溃灭特性问题,基于新型实验平台,即减压水下航行体运动平台,进行了垂直约束式发射实验,探究了傅汝德数和空化数对空泡发展和溃灭过程的影响。对空泡出水溃灭过程进行描述,并定义了空泡溃灭数Fc,用以衡量空泡溃灭速度。结果表明,傅汝德数主要影响空泡形状,空化数主要影响空泡的尺寸。此外,水下航行体出水时空泡溃灭向下推进速度与傅汝德数呈负相关关系,与空化数呈正相关关系。     

空化对航行器垂向入水特性影响机理研究

航行器以一定速度入水过程中将发生空化现象,这对其受力特性及运动轨迹都有重要影响,是跨介质航行器的关键问题。针对航行器不同速度垂向入水中的空化现象开展了数值模拟研究,采用整体运动网格方法,分析了航行器垂向入水过程中,空化和入水速度对运动特性及流场演化的影响。研究结果表明,超空泡主要从航行器外形斜率改变处开始生成,空泡的闭合与溃灭都会造成受力曲线的较大波动。超空泡的减阻效果主要在航行器完全进入水面后体现,且航行器垂向入水速度越大,阻力系数越小。     

跨介质航行器流体动力外形仿生设计

跨介质航行器是一种可在空中与水中两栖巡航并能自由穿越水气界面的新概念海空两栖无人运动平台,需要具备良好的入水和出水性能及较小的水下流体阻力。采用两种生物组合仿生的设计思想,利用全自动三维影像扫描仪获取具有优良入水性能的翠鸟头部和龙虱身体的形体特征点云数据,应用傅立叶级数拟合方法拟合特征曲线,设计了一种跨介质航行器流体动力外形,为减小航行器入水冲击载荷、降低水下航行阻力提供了设计方案。     

基于精确建模的横向振动工况下螺栓松动机理研究

横向振动是引起螺栓连接结构松动的重要原因。利用Hypermesh软件进行参数化建模,在建立带有螺纹升角的螺栓连接结构六面体网格精确有限元模型基础上,基于ABAQUS显式动态分析模块,通过接近实际工况的转角法拧紧螺栓,并施加横向正弦位移载荷,对横向振动下的螺纹连接结构松动情况进行多阶段、全过程有限元仿真分析,并设计了螺栓松动试验台进行螺栓松动实验,验证仿真方法的准确性。主要研究了横向振动前期螺栓扭转变形对螺栓松动情况的影响。结果表明,横向振动时的完全滑移先发生于支撑面处;在螺栓扭转变形完全回弹之前,预紧力的下降主要是塑性变形引起的,螺纹啮合处相对滑动不明显,此后,预紧力的下降主要是螺母回转引起的,螺纹处产生明显相对滑动,并提取了螺栓扭转变形回弹为0的节点。通过仿真和实验相结合的方法使分析结果更为准确。     

用Kane方法建立末敏弹减速和稳态扫描段模型

引入多刚体运动模型，详细分析了伞刚体和弹刚体的受力和运动特性，运用Kane方法建立末敏弹在减速运动和稳态扫描段的完整运动模型，并进行数字仿真，仿真结果与实验结果有很好的一致性，并充分显示了该模型在数字仿真中的优越性。     

基于应变量耦合的低成本Ti-Al-V-Fe合金本构关系

为了获取新型低成本Ti-Al-V-Fe合金热成形工艺窗口,研究了热加工参数为变形温度875~1100℃、应变速率0.001~1 s^-1、变形量70%的低成本Ti-Al-V-Fe合金热变形行为。结果表明:流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比,合金为典型负温度、正应变敏感材料。以热模拟实验数据为依据,运用多元线性回归方法,确定了材料常数与应变的函数关系,建立了基于应变量耦合的α+β两相区及β单相区Arrhennius本构方程,其耦合系数为0.98,表明建立的模型在给定任意应变量时可准确预测流变应力。根据热激活能,判别合金在不同相区软化机制,单相区为动态回复,两相区为动态再结晶。     

充气式再入减速器动态气动载荷与结构特性研究

针对充气式再入减速器在动态飞行环境下的结构特性变化问题,提出一种基于飞行轨迹参数的CFD动态边界条件加载方法,有效实现了飞行动力学与空气动力学之间的耦合。同时,建立考虑内充压气体热效应的流固耦合模型,较已有方法更全面地考虑了结构变形对流场的影响以及内充压气体状态参数的改变,突破了现有研究中未能完整考虑温度对结构特性影响的局限。利用此模型着重对比了再入过程中气动力与气动热对结构应力及一阶固频的影响,并研究了尺寸变化对结构特性的影响规律。研究发现单独考虑气动力与气动热作用时,结构最大应力分别升高至39.6 MPa与33.5 MPa,而适当减小半锥角和增多气囊数目有利于减小结构应力。本文研究为充气式再入减速器的强度校核及优化设计提供了有价值的参考。     

冲击作用下推进剂变形的流固耦合分析方法

固体火箭发动机的点火过程是一个复杂多变的理化过程,具有时间短、升温、升压梯度大等特点。针对固体火箭发动机点火过程中的装药结构完整性问题,文中建立了一套用于分析冲击作用下固体推进剂变形现象的仿真模型。采用RANS和ALE方法,分别对流体域和固体域进行求解,以两场独立交叉耦合迭代的模式实现了仿真过程。以一个推进剂冷流冲击实验作为算例,对仿真模型进行了验证,计算值与测量值间误差不超过10%,仿真模型计算可靠,具有向固体火箭发动机实际点火过程拓展的价值。     

提高变质心飞行器可操纵性的方法研究

针对滑块运动容易引起系统抖动,以及惯性主轴偏移引起系统耦合严重等问题,基 于达朗伯原理对变质心飞行器结构布局进行了设计。其特点是：以主动控制力、约束 反力这两种内力替换滑块受到的惯性力,代入弹体、滑块动力学模型中,并依靠内力、过载 等物理量设计系统布局参数。布局设计后特点是两滑块运动通道分别重合于弹体惯性主轴方 向,通过与典型布局模型相比较,显示了所提出的布局结构可保证系统具有良好的动态品质 。     

超空泡航行体流体动力数值研究

超空泡技术作为水中航行体增速减阻的重要手段已经成为了共识。超空泡航行体作为目前最具有应用前景的水下航行体,对其流体动力变化规律的研究具有重要的意义。基于有限体积方法,结合N-S方程与空化模型,建立了超空泡航行体自由运动的非定常流场求解数值模拟方法。通过对非定常超空泡流场计算结果的分析,对航行体的流体动力进行分解和建模。结合相关理论分析,确定了超空泡航行体流体动力公式。研究表明,尾拍力与空泡壁面形状、航行速度及尾部沾湿面积等密切相关。