助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（上）

根据新一代运载火箭CZ-5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ-5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（下）

根据新一代运载火箭CZ．5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ．5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

考虑模型抖振力跨向不完全相关性效应的气动导纳识别

首先通过考虑节段模型上抖振力跨向不完全相关性效应推导了节段模型风洞试验中作用在模型断面上的分布抖振力谱和由底支式天平测到的模型总抖振力谱之间的关系。然后,以准平板断面为例,进行了格栅湍流场节段模型的测力和同步测压试验,获得了模型总抖振力谱以及模型抖振力跨向相关性函数。接着,采用等效导纳法以及抖振力自谱和抖振力脉动风速交叉谱综合残量最小二乘法分别识别了准平板节段模型等效气动导纳和六分量气动导纳,讨论了模型抖振力跨向不完全相关性效应对气动导纳识别结果的影响,并把识别得到的准平板断面气动导纳与平板断面气动导纳的理论结果---Sears 函数进行了比较。结果表明:忽略抖振力跨向不完全相关性效应(即假设节段模型分布抖振力沿跨向完全相关)而直接采用平均抖振力作为断面上分布抖振力的传统方法会导致气动导纳识别结果偏小,并且,其偏小程度会随着频率的增加而增加;此外,相对于抖振升力和扭矩相关的气动导纳分量而言,由于抖振阻力的跨向相关性比抖振升力和扭矩的跨向相关性显得更弱,因此抖振力跨向不完全相关性效应对阻力相关气动导纳分量识别结果的影响更大;利用识别得到的六分量气动导纳反算的作用在模型上的分布抖振力谱与试验中实测结果非常接近,经抖振力跨向不完全相关性效应修正后的竖向脉动风速对应的升力和扭矩气动导纳分量的识别结果与Sears函数也比较接近,从而验证了用于六分量气动导纳识别的自谱-交叉谱综合最小二乘法的可靠性。     

基于时域法的运载火箭风载荷动力响应分析

为研究新一代运载火箭在垂直转运过程中所受地面风载荷的影响问题,采用时域法对运载火箭地面风载荷响应特性进行了分析。编制了基于谐波叠加法的地面风载荷时程样本模拟程序,并通过与目标功率谱函数的对比来验证程序的正确性。在建立火箭有限元分析模型的基础上,对火箭在不同参考风速下的动力响应进行了计算分析。分析结果表明：编制的基于谐波叠加法matlab程序能很好的模拟脉动风载荷,火箭风载荷动力响应随参考风速的增加而增大。     

捆绑火箭竖立状态下地面风激振动模型风洞试验研究

火箭竖立在发射台上时的地面风激振动载荷是火箭尾段结构的设计状态。本文是捆绑火箭的地面风激振动的风洞试验研究的部分结果。文中介绍了地面风载荷模型风洞试验的原理、模型相似要求,以及模拟试验技术、试验方法与数据处理等。并讨论了助推器、外表面突出物与鼓包不对称分布的影响等。     

基于代理模型的车载雷达阵面风载疲劳分析

本文采用时域疲劳评估方法对风荷载作用下的结构疲劳寿命进行评估。准确的风载荷等效模型是结构时域响应预示的基础,高精度的时域响应预示方法是实现疲劳评估的关键。在风载荷模型等效方面,根据结构面临的实际载荷工况,通过CFD分析得到阵面在不同角度下的风压分布,利用响应面代理模型拟合出阵面各特征点的风压多项式,进而投影插值得到有限元网格单元上的风载荷曲线。在结构时域响应预示方法方面,发展基于直接法的结构时域响应预示方法,进而研究计算步长、计算格式等对计算精度和计算效率的影响,为疲劳评估提供准确的结构应力时间历程。在时域疲劳评估方法方面,采用雨流计数法对应力/应变的时间历程循环计数,结合材料的疲劳性能对结构进行疲劳寿命预测。基于以上研究,形成适用于工程计算的风载荷作用下的结构疲劳评估方法,为雷达结构设计提供参考。     

考虑俯仰时鸭式布局飞机突风载荷系数计算

采用离散突风模型，通过解飞机运动微分方程，分析计算了飞机在考虑纵向转动时的突风过载系数，与ＮＡＣＡＲ１２０６的计算模型相比，本文的模型考虑了因俯仰而产生的升为增量和因俯仰使飞机迎角变化而产生的升力增量，并以ＡＤ２００双座鸭式布局轻型飞机为例，分析和计算了飞机俯仰对突风过载系数的影响。尽管轻型飞机穿过一个突风的时间相对较长，但对具有静稳定性的飞机，特别是对于通常具有前翼先失速特点的鸭式布局飞机．飞机的俯仰对飞机的最大过载影响不大。ＡＤ２００飞机突风过载计算结果表明：飞机的纵向转动对鸭式布局飞机的突风过载系数的影响很小，可忽略不计，即ＮＡＣＡＲ１２０６给出的突风载荷系数计算公式对鸭式布局轻型飞机是足够精确的。     

临界雷诺数区准椭圆形覆冰导线风压特性研究

采用刚性模型进行测压试验,得到了不同雷诺数下准椭圆形覆冰导线的风压分布规律,通过对比平均风荷载、脉动风荷载及风荷载谱等参数,分析了雷诺数对风荷载以及横风向驰振稳定性的影响。当雷诺数达到临界区,与亚临界区的对应值相比,平均阻力系数下降、平均升力系数随风向角变化幅度大且在某些对称工况产生横风向平均升力系数;平均风压系数分布对风向角等参数更为敏感。旋涡脱落由亚临界区的规则脱落变为不规则脱落,周向风压相关性减弱,特征频率消失。临界区内平均升力系数急剧的下降段使得结构更易发生横风向驰振。     

具有阻力风杯结构的垂直轴风力机启动特性试验研究

为改善直线翼垂直轴风力机（SB-VAWT）的启动特性，在两叶片SB-VAWT内部安装了阻力风杯结构。为探明阻力风杯结构对两叶片SB-VAWT风力机静态启动特性的影响规律，对具有阻力风杯结构的垂直轴风力机（DS-VAWT）和两叶片SB-VAWT进行了转矩测量风洞试验和PIV可视化试验。结果表明:阻力风杯结构对SB-VAWT的风轮内部气流流动规律产生了显著影响。在一些方位角下，阻力风杯结构对SB-VAWT升力叶片尾部的流动分离现象改善明显，旋涡减弱，降低了能量损耗；在一个旋转周期中，阻力风杯结构的存在也产生了作用于风轮转轴的扭矩，因此具有阻力风杯结构的垂直轴风力机的静态启动力矩要高于无阻力风杯结构的情况。     

高速列车车顶–升力翼组合体气动特性

高速列车升力翼通过气动增升实现车体等效减重,为高速列车节能降耗提供了新思路。升力翼气动性能直接影响等效减重效果,研究车顶–升力翼组合体在不同工况下的气动特性对列车升力翼设计具有重要意义。采用计算流体力学方法和k–ε模型进行数值仿真研究,分析了车–翼连接杆对升力翼气动特性的影响,研究了升力翼飞高、来流速度、迎角等设计参数对升力翼气动特性的影响规律。研究结果表明：采用NACA0012翼型剖面的车–翼连接杆对升力翼升力和阻力的影响不超过3.7%;在车顶模型前缘引起的高速气流影响下,随着升力翼飞高增大,冲击升力翼的气流速度减小,升力有减小的趋势,在3倍弦长飞高范围内,不同飞高升力翼的升力差值最大不超过3%;当来流速度增大至90 m/s以上时,升力翼的升力系数和阻力系数分别稳定在1.62和0.61附近;在0°～22°迎角范围内,升力翼升力系数不断增大,迎角大于22°后,升力翼升力系数减小。     

火箭动态弯矩测量的频响特性分析

介绍了火箭动态弯矩测量的方法和原理,利用横向弯曲振动梁理论,首次推导了悬臂梁和自由梁的端面弯矩动态放大倍数表达式,对箭体结构偏保守地计算了不同边界条件的载荷动态放大倍数。动态弯矩测量的频响范围可达到100Hz,测量部段的壳体响应频率(约150Hz)不影响30Hz以下的截面载荷测量结果,箭体动态弯矩测量方法的频响特性满足测量要求。另外分析了箭体直径变化的影响,比较了箭体动态弯矩测量与风洞测力天平的异同。     

操纵面作动对无尾布局无人机纵向气动特性的影响

通过风洞测力实验,研究了不同操纵面作动对某无尾布局无人机纵向气动特性的影响.实验结果表明:升降副翼以及襟副翼正向偏转都会使全机升力系数、阻力系数以及低头力矩增加.升降副翼作动引起的增量要高于襟副翼,并且舵偏角度越大增量越大.全动翼尖作动对全机纵向气动特性基本没有影响.在线性段,鸭翼作动对升力系数和阻力系数影响不大;线性段之外,鸭翼作动使得升力系数和阻力系数减小.迎角α<16°以及α>38°时,鸭翼正向作动使得低头力矩减小,负向作动使得低头力矩增加.操纵面作动对低头力矩的控制效率由高到低依次为:升降副翼、襟副翼、鸭翼和全动翼尖.进一步分析表明不同操纵面的控制效率与舵容量系数具有较大关系.     

超声速进气道与弹体一体化外形研究

通过数值求解N S方程和风洞测力试验,研究了超声速进气道的布局、剖面形状及几何参数对全弹气动力和进气道内流的影响。结果表明:细长旋成体弹身背风面和侧边不宜安放进气道;矩形进气道能够产生涡升力,升阻比明显高于半圆形进气道,而且内部流动接近二维流动,流场畸变及流动损失情况均比半圆形进气道要好;矩形进气道横截面积增加,对升力系数影响不大,但阻力系数增加明显;其高宽比增加,升力系数增大,阻力系数减小。     

高超声速一体化飞行器冷流状态气动特性研究

采用数值模拟和风洞实验方法.对高超声速一体化飞行器缩比模型在发动机关闭以及发动机通流状态下的气动特性进行研究.实验中采用彩色纹影系统对缩比模型飞行器的超声速流场进行显示,并通过六分量应力天平测得了全机的升力、阻力和俯仰力矩,数值模拟气动力系数以及流场特征与实验结果吻合较好,同时分析了飞行器保持静稳定状态下的质心选择范围.结果表明进气道开启之后飞行器升力阻力以及抬头力矩显著下降,但此飞行器配平迎角仍较大.该实验结果验证了数值方法的可靠性并为飞行器构型设计提供了参考数据.     

带不同形状翼尖帆片的机翼地面效应实验研究

翼尖帆片将原型机翼集中的翼尖涡分散成多个小涡，加快翼尖涡的耗散，从而降低机翼诱导阻力。为进一步了解翼尖帆片对机翼在地面效应下流动特性的影响，分别对安装有3片椭圆形和梯形帆片的NACA4412机翼开展了风洞实验研究。测量了2种帆片机翼的气动力和翼尖涡结构，并通过比较流动结构，分析了2种机翼气动力产生差异的原因。机翼的升、阻力用六分量盒式风洞天平测量，翼尖涡速度分布用七孔探针扫描获得，以机翼弦线为特征长度的雷诺数为1.5×105。当远离地面时，梯形帆片与椭圆帆片的升、阻力差别较小，但随着机翼逐渐接近地面，梯形帆片的增升减阻效率逐渐高于椭圆帆片。而机翼升阻力的差异，主要是由于局部气流方向角对各帆片形成的有效迎角有所差别，使得帆片对主翼产生不同的增升和减阻贡献。     

雷诺数对圆柱气动力和流场影响的试验研究

通过刚性模型测压风洞试验,研究了圆柱的气动阻力、气动升力系数和风压系数随雷诺数的变化规律,从流场分布的角度分析了气动力变化的原因,并研究了雷诺数影响下的流场在圆柱轴向的相关性。结果表明:在亚临界雷诺数区域,在时间平均上流场沿模型两侧呈对称分布,雷诺数对平均阻力系数和流场影响较小,平均升力系数基本为零。在临界雷诺数区域,随着特定区域大负压区的出现,流场不再对称,出现不容忽视的平均升力和脉动升力。在超临界雷诺数区域,随着对称侧大负压区的出现,流场恢复对称状态,平均升力基本消失。雷诺数对流场的轴向相关性有显著的影响。在雷诺数较低时（亚临界区域）,卡门涡在轴向上的尺度相对较大,而随着雷诺数的提高,该尺度逐渐减小,各断面流场的相关性降低。     

运载火箭整流罩内声场空间相关特性研究

运载火箭起飞段发动机喷流经过导流槽、发射台产生的噪声载荷会对地面发射设备造成一定的破坏,由噪声引发的振动对于运载火箭自身也会造成严重影响。总声压级、声功率谱密度及空间相关系数3个参数可描述完整的噪声场,但空间相关系数关注很少。由于空间相关特性的差异,同一声压级不同性质的噪声场在结构上产生的振动响应不同。从噪声场空间相关的基础理论出发,给出了空间相关理论曲线,研究了混响室空间相关特性;以某型号运载火箭整流罩为研究对象,开展星箭系统级噪声试验,获取了运载火箭表面声场分布规律,并基于试验数据研究了空间相关归一化表征方法,对比分析了混响室和整流罩内声场特性,结果表明整流罩内声场与混响声场空间相关特性接近,为运载火箭载荷与环境设计提供输入,为整流罩及有效载荷噪声环境试验方案设计提供支持。