风扇/增压级带间隙三维粘性流场数值模拟

使用三维数值模拟软件NUMECA(Numerical Mechanics Application)对双涵道风扇/增压级带转子叶尖间隙的粘性流场进行了三维定常流动数值模拟,获得了其设计转速下的流场特性.结果显示,随着外涵背压的升高,风扇顶部激波后阻塞区周向和轴向尺寸增大,激波变形加剧,继续提高外涵压比,则外涵效率和进出口流量下降.内涵背压的升高,使内涵各转子叶片顶部的泄漏流动影响范围向上游扩散.内涵背压过高,效率和进出口流量同样会有下降的趋势.同时通过和实验结果的比较表明,数值模拟软件模拟的风扇/增压级的三维定常粘性流场能够较真实的反映出转子叶尖间隙泄漏流场的结构特征,以及间隙对流场参数的影响.      

水平起降两级入轨系统的质量估算方法及应用

针对近地轨道运输任务,考虑不同飞行阶段的推阻特性差异和不同发动机模态的比冲变化,提出了适用于水平起降两级入轨（TSTO,Two Stage To Orbit）天地往返运输系统的质量估算方法.以8 t有效载荷为任务需求,对比研究了涡轮基组合循环动力-可重复使用火箭（TBCC-RR,Turbine Based Combined Cycle-Reusable Rocket）、火箭基组合循环动力-可重复使用火箭（RBCC-RR,Rocket Based Combined Cycle-Reusable Rocket）和可重复使用火箭-可重复使用火箭（RR-RR,Reusable Rocket-Reusable Rocket）方案,分析了级间分离点、一级飞行器推阻比和一级飞行器结构质量分数等参数对设计结果的影响.研究结果表明,级间分离点设计对TSTO总体方案影响很大,若使用RBCC型飞行器作为第1级,建议在超燃冲压模态后即进行两级分离;TBCC-RR方案比RBCC-RR方案起飞总质量更小,但RBCC-RR方案一级飞行器结构质量更小;减小TSTO系统起飞总质量的最有效途径是减小飞行器的结构质量分数,其次是提高飞行器的推阻比.      

基于WDPR-8支撑与弯刀尾支撑的风洞对比试验研究

对国内近年设计的具有典型先进战斗机布局的动态试验标模，采用8绳牵引的绳牵引并联机器人（WDPR-8）支撑和传统弯刀尾支撑在FL-5风洞中进行对比吹风试验。根据风洞试验环境及仿真计算系统的刚度与工作空间，设计了满足要求的WDPR-8绳系结构和支撑机构，并建造了样机；在阻塞比及两心距足够小的前提下，保证了模型在两支撑系统中的通用性，以此设计内置六分量杆式天平的试验模型；利用绳拉力信号并联WDPR-8视觉采集系统与风洞VSS采集系统，实现气动力、机器视觉和绳拉力3个采集系统同步工作；在除支撑系统以外其他试验条件保持一致的条件下，进行重复性试验、纵向试验和横向试验。数据处理时，弯刀尾支撑进行了尾支架修正，WDPR-8支撑未修正。比较对照试验结果可得:两者在纵向试验的重复性试验所得升力系数最大均方差差别很小，2种支撑得到的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数的最大均方差不超过3.6%；横向试验在试验攻角范围内，2种支撑得到的侧向力系数对侧滑角的导数变化规律基本相同。用WDPR-8支撑进行的单自由度俯仰振荡试验得到的升力系数迟滞环曲线各环首尾连续，与静态升力系数曲线走势一致，且非定常迟滞环面积随减缩频率增大而增大，符合物理意义。试验研究结果反映出WDPR-8支撑的可行性及结果的有效性。      

LHT40低功率霍尔推力器放电特性试验

为了获得300W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性,采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性。试验结果表明,推力器的推力、比冲、阳极效率在200～300V存在一个最大值;放电电流、放电电压呈现无阻尼谐波振荡特性,其一阶频率大约4.05kHz。在恒定电场和磁场下,推力器束流离子电流密度呈现双极扩散的结构;阳极流率增大至0.95mg/s时,离子电流密度呈现典型的双峰结构,质量利用效率与质量流率呈现正相关的特性。     

一种自冷却结构燃油泵滑动轴承润滑特性分析

为研究低介质黏度和自冷却结构限制下的航空燃油泵滑动轴承润滑特性分布规律,基于油膜动压润滑流动的Reynolds方程和等效黏度润滑流动模型,以绝热流动为假设简化滑动轴承内部流动的能量积分方程,构建一种联合Reynolds方程和绝热流动能量积分方程的燃油泵滑动轴承热流动润滑流动模型。采用CFD数值模拟和有限差分法相结合的混合仿真方法,分别对不同的间隙比、偏心率、宽径比条件下的滑动轴承的油膜压力、油膜厚度、油膜温度、端泄漏量、摩擦阻力等润滑特性进行了仿真分析。仿真结果表明:采用CFD计算滑动轴承径向载荷精度优于4.0%;保持偏心率不变,油膜承载力随着间隙比的增加而单调下降,油膜厚度随着间隙比的增高而增加;保持间隙比不变,油膜的承载力随着偏心率的增大也逐渐增大,油膜厚度随着偏心率的增高而下降,而油膜温度与油膜厚度成反比,且随着偏心率的升高,油膜温度的峰值越来越明显;当偏心率、间隙比一定时,可通过增加宽径比提高滑动轴承的油膜承载力。因此在滑动轴承的设计中,需综合考虑油膜承载力、端泄漏量、油膜厚度和温升间的相互制约因素,合理地优化间隙比、宽径比和偏心率以提高滑动轴承润滑性能。      

Y形构形微通道流动换热特性的数值分析

针对矩形芯片提出了Y形构形微通道的芯片内部冷却结构,通过三维数值计算比较了Y形构形微通道与传统直微通道中的流体层流流动和换热特性,并对Y形构形微通道的重要结构参数进行了优化.研究表明:在相同对流换热面积和水利直径的条件下,Y形构形微通道具有比直微通道更高的传热效率和更低的进出口压降,可以满足高热负荷需求.在研究范围内通道级数为3级、分叉角度为60°、分支个数为2时,散热器的综合换热性能最好.以上结论为Y形构形微通道的结构设计提供了重要依据.     

雷锡恩公司继续设计和开发标准-3 Block IIA导弹

美国导弹防御局授予雷锡恩公司一份价值2．41亿美元的合同,继续进行标准-3 Block IIA导弹的设计和开发。 标准-3 Block IIA是美国和日本联合投资开发的,是美国执行分阶段适应方案第三阶段的基石。标准-3 Block IIA采用较大的火箭发动机和先进的动能弹头,将提供更大的防御面积,帮助美国及其盟国拦截弹道导弹。雷锡恩公司防空导弹系统产品负责人表示,标准-3 Block IIA将在2018年部署。     

轴对称降落伞小迎角稳定下降时流场特性

根据降落伞的特点,通过伞衣零厚度假设、伞轴对称假设和流场定常假设,建立轴对称降落伞的流体力学计算模型。在0°~5°的小迎角范围内,求解RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型下的N-S方程组,获得与有关单位试验相吻合的数值模拟结果。分析发现0°迎角时轴对称降落伞截面流场中鞍点与鞍点直接连接的状态是不稳定的。随着降落伞迎角增大,奇点类型和奇点间的连接方式将发生改变,降落伞物面附近的涡环里将出现极限环,截面流场中将出现新的鞍点和结点。迎角继续增大,极限环的面积将会减小直至消失,结点将附着在物面上,成为半结点。结果表明小迎角范围内降落伞截面流场的拓扑结构符合拓扑规律。文章揭示了小迎角范围内轴对称降落伞稳定下降时流场特性的演变规律,为进一步研究降落伞流场的流动机理和流固耦合问题打下基础。     

共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析

针对带有涡轮级间共用承力框架的转子系统,为准确描述转子-共用支承-转子（简称共用支承-转子结构系统）之间的振动特性,采用转子截面横向和角向振动特性耦合动力学模型,振动耦合产生机理及影响规律进行研究。理论分析结果表明:转子支点的动态响应对其他转子的支点动刚度特性及转子振动响应特性具有一定影响,共用支承结构振动响应对转子系统振动特性的计算误差超过10%,因此,在共用支承-转子结构系统的临界转速和振动响应计算分析中,需要考虑2个转子与共用支承结构的振动耦合影响。对于涡轴发动机共用支承-转子结构系统的有限元仿真计算结果表明:由于存在共用承力框架,2个转子之间将发生振动耦合,系统产生耦合振型,某一转子转速将会影响另一转子所激起的系统共振临界转速;并对共用承力框架结构的隔振特性也有影响,2个转子共同激励下振动响应与转子单独激励相比,在承力框架安装边上的动载荷以及载荷传递系数均大幅度提高。      

低强度超声波改善微生物燃料电池产电效能

微生物燃料电池(MFCs,Microbial Fuel Cells)可在处理有机废水的同时获得电能,但生物体系缓慢的电子传递速率是其发展的瓶颈.为了寻求提高MFCs工作效率的途径,建立了2个有效容积为1.5L,电极面积160cm2的单室MFCs,设置为超声波强化反应器和对照反应器,进行对比试验.结果表明,采用强度为0.2W/cm2、频率33kHz、超声间隔为83h的超声波对反应器辐照10min,在反应后期(运行2880h后)MFCs与对照反应器相比最大功率密度提高了6%,一个运行周期产生的总电量增加了46.5%;设置超声的反应器库仑效率(CE,Coulombic Efficiency)比对照反应器提高了25.7%.超声波强化反应器中水的pH值最小值比对照pH值最小值低0.2,超声波辐照的反应器氧化还原电位(ORP,Oxidation Reduction Potential) 最小值低于对照反应器ORP最小值34.8mV. 2个反应器3000min对化学需氧量(COD,Chemical Oxygen Demand)的净化效率都达到72.9%,超声波对COD去除贡献不明显,并从低强度超声波对微生物作用的过程方面分析了上述现象.      

低Re对某小型涡扇发动机性能影响

低雷诺数问题是影响高空长航时无人驾驶飞机的动力装置性能的关键因素之一.定量分析了低雷诺数效应对某小型大涵道比涡扇发动机性能的影响.当雷诺数减小到一定程度后,各部件的性能将发生改变.在发动机整机环境下,增压级和低压涡轮的进口叶弦雷诺数相对更低,受飞行高度和速度的影响也更大.在发动机共同工作条件的作用下,各部件的匹配关系将发生变化,除部件效率的降低以外,部件流通能力的衰减也引起发动机性能的降低.涡轮前温度的限制将使发动机转子转速下降,低雷诺数效应加剧,从而导致发动机性能的进一步降低,推力迅速减小,但发动机涵道比的增加可以减小因部件性能衰退引起的耗油率上升的趋势.     

超音轴向分速风扇/压气机叶栅流动特征分析

本文介绍了三种带冲波的超音轴向分速叶型设计,及其叶栅流场计算,分析了这些叶栅流场特征。在计算的反压条件下,全部波系均控制在槽道内,叶栅槽道内存在不同大小的轴向分速超音区,这种叶型叶栅可承受的增压比高,总压恢复系数较低,这类叶栅的性能和流动特征尚缺少实验数据和理论分析。     

扩张型双喉道喷管的流动特性和起动方法

利用数值模拟方法,对二元扩张型双喉道喷管的流动特性和起动方法进行了研究.结果表明:扩张型双喉道喷管内会出现正激波系,产生了很大的总压损失,使第2喉道壅塞,喷管不能起动.在低落压比条件下,喉道注气可以形成大的分离区,使激波强度减弱、喷管可以起动;在大落压比条件下,喉道注气不能形成大的分离区,喷管不能起动.扩张段注气可以在喷管内形成大的分离区,使正激波转变成斜激波系,减小了总压损失,使第2喉道流通能力增强、喷管起动.      

轴流超跨音高载荷对转涡轮气动特性分析

对转涡轮可有效提高涡轮级效率、减轻涡轮重量、缩短涡轮轴向尺寸和减少涡轮零部件数目.分析了轴流式超跨音高载荷低压无导叶对转涡轮基本气动特性,推导了效率公式,阐述了对转涡轮在减少设计自由度后,其高低压转子气动参数间相互制约关系.研究结果表明:为合理分配对转涡轮高低压转子轮缘功,气动设计参数调整的结果使高压涡轮载荷系数增加,气流转折角变大,气动特征参数明显高于传统同转涡轮.     

对旋轴流压缩系统的增压扩稳途径实验分析

通过在一台实验用对旋风机上的大量性能实验,比较分析了对旋风扇在不同转速比匹配和不同轴向间隙条件下的特性曲线和失速边界的变化,并通过用球头五孔压力探针对其级间稳态流场的测量,对对旋风扇在不同转速比和轴向间隙下的流场特点作了进一步的分析.最后,在总结实验分析结果和国外类似研究的基础上,对对旋轴流压缩系统的增压、扩稳途径提出了一些新的观点.     

两种流体控制方案矢量喷管内流场计算及分析

在激波诱导和喉道倾斜2种流体控制方案下,对推力矢量喷管的二维内流场进行了数值模拟.用局部加密的四边形结构网格对流场进行网格划分之后,采用二阶迎风离散格式和二方程湍流模型求解强守恒形式的Navier-Stokes方程,通过对内流场的模拟获得流体控制推力矢量喷管方案的推力矢量特性.计算结果表明:对于激波诱导矢量控制方案,在小落压比大注气量且后缝注气的情况下所产生的矢量角最大;对于喉道倾斜矢量控制方案,在扩张片上以与主流成某一角度的方向注入气流产生的矢量角最大且没有带来较大的推力损失;喉道倾斜矢量控制方案因其推力损失较小且能够降低喷管的重量与造价而更具发展前景.      

电子吊舱环境控制系统设计的新技术

针对我国军用电子设备吊舱载机电源紧张,国产电子元器件耐温性能相对较差,对环境控制系统要求较高的特点,本文提出了一种新型用冲压空气驱动的环境控制系统.该系统采用"蓄冷节能"的设计思想和逆升压回冷技术,并配备具有智能功能的测控子系统.为克服冲压空气压头低的困难,利用空气动力学理论,提高进气道总压恢复系数,扩大系统进出口压差,从而获得较大涡轮膨胀比.试验结果证明所设计的吊舱环控系统具有良好的制冷性能和经济性.     

液体火箭发动机高效率反力式涡轮的设计

为提高比冲,闭环系统的液体火箭发动机的涡轮泵多采用反力度不大的反力式涡轮,这种火箭反力式涡轮不同于航空涡轮,其以极低的压比、极高的负荷和低展弦比为特征,在给定的叶栅大气流转折角、低展弦比、低反力度和相对大的径向间隙条件下,采用了沿叶高正攻角设计和沿叶高变功率损失设计,用以加大叶栅通道的几何收敛性,减少二次流和叶顶间隙损失,从而获得相对高的涡轮效率.