基于大涡模拟的热喷流地面效应气动特性研究

低标高有限空间喷流的发展过程及掺混过程,是揭示热喷流流动特性的迫切问题。采用大涡模拟计算研究地面热喷流气动特性,建立不同离地高度的超声速喷管模型,对总温为870 K、马赫数为1.526的热喷流状态开展数值模拟,分析有限空间喷流的发展过程。首先评估了喷流模型温度分布和速度分布,随后在此基础上,对比了2种模型涡核发展过程,并通过试验予以了验证。研究表明：有限空间与自由空间喷流场涡核发展过程大致相同。有限空间喷流在核心区长度10D_j (Dj为喷管出口直径)位置时,地面开始对喷流产生影响,导致地面温度升高;在核心区长度10D_j位置以后,由于地面对喷流的影响,使得喷流与空气的掺混加剧,喷流在地面的作用下诱导出二次涡流,涡核分布更加集中,且其中以大尺度发卡涡为主。研究结果为相关工作提供了参考。     

轴向旋涡强化矩形喷流掺混的机理研究

本文介绍了在低速射流风洞上开展的二维喷管来流带旋涡的模拟实验。通过流场观察，壁面静压和矩形喷流三维流场的测试。     

脉冲横向射流的大涡模拟

为了研究脉冲气膜冷却的流动特性,采用基于高阶对称加权本质无振荡(WENO)-Roe格式和隐式牛顿迭代时间推进、动态亚格子模型和预处理技术下的大涡模拟(LES)计算方法,对吹气比为1.0下的斜管横向射流进行了稳态和脉冲两种不同工况下的数值模拟.计算结果显示了射流流场中存在发卡涡结构,研究表明射流孔进口位置的脉冲改变了射流出口拟序结构,即改变了射流与主流的掺混过程.      

空间发展混合流的大涡模拟

采用大涡模拟方法数值模拟了空间发展混合流，通过在平均流中引入小扰动，研究了混合流大涡结构的产生和演化过程，捕捉了展向涡的卷起、配对、合并，以及二次流向涡的出现等大尺度的三维拟序结构。与实验及直接数值模拟的结果相比，吻合程度较好，表明本文所采用的LES方法对湍流的数值模拟是切实可行的。     

混合流场控制的大涡模拟

采用大涡模拟方法研究了三维小扰动下,混合流场大尺度拟序结构的产生和演化过程,捕捉了展向涡的卷起、配对、合并,以及二次流向涡的出现等大尺度的三维拟序结构,分析了拟序结构与入口扰动方式之间的内在联系,再现了涡卷自身撕裂而引发转捩的现象。     

基于分离涡模拟的平板气膜涡系结构与流动损失数值研究

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES (Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟,分析了涡系演变规律以及掺混损失。结果表明：随着吹风比的提高,冷气射流与主流的流动掺混过程表现为两种不同的模式,低吹风比时下游冷气主要受顺时针方向的迎风涡控制,高吹风比时逆时针方向的迎风涡和顺时针方向的背风涡同时控制下游冷气运动;频谱分析显示,流场扰动存在着明显的倍频关系,基频信号由脱落涡产生,频率大小与吹风比呈线性关系;损失分析表明,流场损失主要由冷气与主流的温差换热导致,占总熵损失的90%以上。     

旋流预混燃烧室流动混合的大涡模拟

采用大涡模拟的方法研究旋流预混燃烧室中的流动及燃料空气混合过程,选取亚格子湍动能模式为基准的涡黏模型,通过模拟涡核的运动过程定性的表征了拟序结构的发展;引入混合不均匀度的概率密度函数,研究入口边界条件尤其是入口速度对于涡团破碎及混合程度的影响规律;通过研究速度分量与燃料质量分数脉动的相关性,分析了不同方向的速度脉动对于混合过程的影响因子.这些均为进一步研究旋流预混燃烧室的燃烧不稳定性及污染物排放提供了理论上的指导.      

波瓣混合器涡系结构及射流掺混机理的数值研究

借助流体力学软件ANSYS CFX,对波瓣混合器射流掺混流场进行了全三维定常数值模拟,研究了流场中各涡系结构的形成机理及发展过程,并详细探讨了其加速射流掺混过程的作用机制.结果表明:基于SST(shear stress transport)模型的封闭N-S方程能较好地模拟波瓣混合器射流掺混过程,波瓣特殊几何外形诱导产生的流向涡主要通过扭曲内外涵交界面的间接方式加速射流掺混过程,波瓣下游剪切层中K-H(Kelvin-Helmholtz)不稳定性发展而成的正交涡是直接加速射流掺混的关键因素,波谷附近二次流之间的相互作用所产生的通道涡对该区域内的射流掺混有明显的加速作用,受波瓣前缘切割的边界层在径向压力梯度作用下沿波瓣表面卷起而形成的马蹄涡对射流掺混的影响不是特别明显.      

超声速喷流混合流场大涡模拟

以光学窗口外冷喷流为研究背景,采用大涡模拟方法对后台阶外形切向喷流混合流场进行了研究。数值方法基于隐式亚格子模型,采用高精度WENO格式进行空间离散,并通过超声速平面混合层流动对数值方法进行了考核验证。喷流混合流场计算模型与试验一致,来流和喷流马赫数分别为3.4和2.5。数值模拟清晰地捕捉到了流场波系以及混合剪切层、壁面边界层等典型流场结构,并精细预测了混合层发生失稳、转捩及发展为充分发展湍流的时空发展过程。数值模拟得到的湍流大尺度结构的位置和形态与实验图像一致。通过对瞬时流场、统计平均流场和脉动参数的分析,揭示了流场结构特征及其时空演化规律,并获得了流场密度脉动特性。      

S弯喷管喷流噪声特性研究

为了研究S弯喷管亚声速喷流的噪声特性,采用大涡模拟结合FW-H方程方法,通过数值模拟得到轴对称喷管和S弯喷管的流场及远场噪声。结果表明：S弯喷管的S形弯曲及圆转方构型导致了主流流向变化和横向压力梯度,S弯喷管出口截面角区及下方中心线附近均有不同尺度的旋涡分布,通过加强掺混减弱喷流与大气之间的剪切,使得S弯喷管噪声源尺度小于轴对称喷管。S弯喷管将St=0.08~0.2的噪声转移到St=0.2~0.3,在喷流下游10°~50°,S弯喷管相比于轴对称喷管噪声总声压级减小了6~8dB,在20°接收点处降噪效果最佳,相比于轴对称喷管减小了约8dB。在喷流上游S弯喷管降噪效果减弱,仅减小了2~4dB。在下游10°~80°处,S弯喷管水平探测面噪声总声压级比垂直探测面高2~3dB,在喷流上游二者差异较小。     

简化尺寸标注的MBD 设计方法研究与实践

应用MBD技术进行结构复杂产品及大型装配件设计时,由于标注信息量过大易产生"刺猬"现象而影响信息快速准确地表达和提取。为解决这一问题,提出了简化尺寸标注的MBD设计方法,通过简化MBD标注信息能够建立可快速读取的MBD 3维模型。将新方法应用于某型发动机机匣的设计。研究结果表明:采用简化尺寸标注的MBD方法可大幅减少设计的工作量,提高设计的效率和质量,验证了该方法的可行性和可靠性。     

简化飞行控制律模型设计与应用方法研究

为了在战斗机总体设计中引入飞控系统对性能和品质的协调作用,提出了简化飞行控制律设计和验证的方法,并将其应用到飞机的选型过程中。首先针对飞机概念设计与初步方案设计阶段的特点,建立了适应飞机总体设计要求的简化飞行控制律模型;然后用最优二次型跟踪器和特征结构配置方法对飞机进行控制律设计,用神经网络方法进行调参设计;最后用等效系统拟配和Simulink数值仿真方法进行验证。通过算例说明上述方法是可行的,而且能够反映飞机总体飞行的特点,简单易行,因此可以为实际飞行控制律初步设计提供参考。     

简化飞控制律模型设计与应用方法研究

为了在战斗机总体设计中引入飞控系统对性能和品质的协调作用,提出了简化飞行控制律设计和验证的方法,并将其应用到飞机的选型过程中.首先针对飞机概念设计与初步方案设计阶段的特点,建立了适应飞机总体设计要求的简化飞行控制律模型;然后用最优二次型跟踪器和特征结构配置方法对飞机进行控制律设计,用神经网络方法进行调参设计;最后用等效系统拟配和Simulink数值仿真方法进行验证.通过算例说明上述方法是可行的,而且能够反映飞机总体飞行的特点,简单易行,因此可以为实际飞行控制律初步设计提供参考.     

MBD技术在航空发动机设计中的应用

为解决MBD技术在航空发动机设计应用中的标准规范不统一和标注信息管理等问题,结合行业特点,制订了独特的通用+典型零部件MBD行业标准,同时,考虑到知识信息表达和多领域应用,提出了基于视图的标注信息(Definition Based Model Views-DBMV)管理方法,使得3维MBD模型成为惟一有效的知识信息数据源贯穿应用于产品的全生命周期,成功将MBD技术工程化应用于航空发动机结构设计中。     

全三维技术在飞机设计中的应用

提出在飞机设计中采用数字化设计方法,实现全三维模型集成设计、制造、检验等信息,保证相互间的一致关联性,并作为唯一依据贯穿飞机研制全生命周期,提高设计制造效率,缩短研制周期.     

基于MBD的数控工艺设计及快速编程方法研究

面向基于模型定义技术在工艺设计中的应用,从提高工艺设计自动化及编程质量和效率出发,提出了一种基于MBD的数控工艺设计及快速编程方法,该方法根据基于MBD的特征信息描述,采用特征实例化方法,从易于制造及加工应用的角度对产品特征信息进行提取与构造.通过加工特征将几何信息与工艺信息相结合,分析三维关联的数控工艺信息模型内容.最后,利用工艺约束与制造数据库支持进行数控工艺设计,基于工艺结果以加工操作为基本单位驱动与数控加工系统的智能参数化映射,完成数控程序信息的自动生成.采用该方法进行工艺设计可以缩短编程周期,改善和提高加工编程质量和效率.     

MBD技术在协同设计制造中的应用

MBD(ModelBased Definition)技术作为数字化协同设计制造技术的技术信息载体是数字化协同设计制造技术中的关键应用技术,是设计与制造部门必须紧密协同,共同研究实施的课题。     

基于模型的定义（MBD）设计资源库的建设与应用

在信息技术飞速发展和快速应用的过程中，标准化在企业管理、型号研制及预研中发挥了不可替代的支撑作用。文章以某型号应用基于模型的定义（MBD）技术为背景，摘取信息技术标准化工作中的基础环节，阐述了MBD设计资源库的建设及应用效果。     

MBD技术在飞机设计中的应用

近年来,以波音和空客为首的航空巨头为减少飞机研制中的设计错误,推行并行协同的设计方法,提高效率,降低成本,彻底实现设计制造无纸化管理模式,率先对基于模型的定义技术(Model Based Definition,MBD)进行了深入研究,形成了完整的MBD设计制造标准体系.从2004年开始,波音公司在787客机的设计和制造中全面应用MBD技术,用三维数模完全取代二维图纸,MBD使三维实体模型作为新机研制过程中的唯一依据,有效提升了飞机研制的效率和质量,为企业带来了巨大的效益.伴随着国外飞机在国内转包生产,MBD技术逐渐进入国内航空企业,鉴于国外企业MBD技术的成功应用,国内各主机厂所也开始了MBD技术体系的不断探索.     

基于MBD的数字化设计基础资源库应用探索

结合MBD技术的应用,对企业的数字化设计基础资源库的基本架构及功能进行了研究,提出了按型号对模板库、材料库、技术注释库、标准件库等基础资源库进行平台化集中管理的方法及基本功能,在CATIA/VPM端通过CAA二次开发调用工具将各种数据与MBD模型集成,建立了集查询、调用、检查、管理为—体的资源库管理及应用系统,有效地提高了建模及管理效率,增强了建模规范性.