入口非均匀流对亚燃燃烧室性能影响数值研究

为研究人口非均匀流对亚燃燃烧室性能的影响,基于进气道出口试验测量数据,构造三种典型非均匀流型,对燃烧室进行三维数值计算,研究非均匀流对马赫数分布、温度场、燃油分布及燃烧效率的影响。结果表明：基于均匀流供油律,非均匀流影响燃烧室性能的机理是受流速主导作用,低速区域当量比偏高,高速区域当量比偏低。导致扩压段边区燃烧,烧蚀外环阻塞结构,而内圈高速区域燃烧组织效果欠佳。匹配供油律后,非均匀流燃烧性能有所改善,但难以达到均匀流水平。所以,提出了改进入口流均匀性及减弱非均匀流对燃烧不良影响的措施。     

乙烯燃烧反应机理建模及其在高速湍流燃烧仿真中的应用（英文）

为了得到一个适用于高速湍流燃烧数值模拟的乙烯燃烧机理,开展了乙烯燃烧详细机理构建、简化及高速湍流燃烧数值模拟工作。基于分层方法并考虑压强相关反应,首先构建了乙烯的燃烧详细反应机理。通过采用直接关系图法(DRG)以及准稳态假设法(QSSA)的简化方法,从详细反应机理系统简化得到了24物种的简化机理。由简化机理计算的点火延迟时间跟详细机理相比最大误差17%,平均误差小于7%。将简化机理耦合到商业软件Fluent,开展了覆盖贫油和富油条件下凹槽构型燃烧室的三维数值模拟。数值模拟结果表明,所构建的简化机理能够准确地预测乙烯燃烧释热,可以很好地再现不同当量比条件下静压曲线,平均误差小于10%。该简化机理具有较高的化学保真度,可以应用于推进系统中的高速湍流燃烧模拟。     

DCR进气分流与掺混流场的数值模拟

采用矢通量分裂法求解2D-Euler方程组, 对亚燃/超燃双重燃烧冲压发动机(DCR)进气分流流场及其双重燃烧的冷态掺混流场进行了数值模拟。计算结果给出了全流场清晰的激波结构, 并提供了超燃室中两股高速气流掺混的物理图像。本文的数值结果对于亚燃/超燃双重燃烧室的点火燃烧研究提供了一些有用的信息。      

耦合详细反应的二维燃烧流场数值模拟方法

<正>随着航空业的迅速发展,燃烧温度和强度在大幅提高,计算高温反应时精确性要求相应变高;另外积碳现象,燃烧中间组分对火焰结构及火焰稳定性的影响,燃烧污染物形成机理等都迫切需要对目前的燃烧数值模拟方法中应用详细反应机理。因此深入研究详细反应机理在航空发动机燃烧流场计算中的应用是具有重要意义的,也是未来燃烧计算的发展方向之一。因此对基于详细反应机理的燃烧流场计算方法的研究已经引起很多人的重视。     

固体火箭冲压发动机补燃室燃烧过程显示

采用二维开窗式固体火箭冲压发动机试验系统,对补燃室内的燃烧现象进行观察,以火焰图像的形式直观形象地描述了进气道位置对补燃室内燃烧过程的影响,试验所采用的装药为含硼贫氧推进剂。并通过高速数字摄影仪摄取补燃室内部某个时刻瞬时火焰图像,借助于光学理论和计算机图像处理技术计算出整个补燃室内部的温度分布。     

低温下三组元固体推进剂燃烧波阵面变化规律实验研究

深入了解高能固体推进剂在低温条件下燃烧性能,获得燃烧波阵面变化规律,对评估推进剂在低温条件下的适应性能力具有重要指导意义。本文设计了燃烧波狭缝观测实验装置,采用高速摄影观测技术,对三组元HTPB固体推进剂在常温和低温条件下的燃烧过程进行了观测,获得了燃烧过程中波阵面的图像。结果表明,相比于在常温条件下,固体推进剂在低温条件下出现了燃烧波不稳定的情况。根据燃烧波图像计算出了推进剂的燃速,并与靶线法燃速测量结果进行比较。结果表明,两种方法测量的结果差异较小,推进剂在低温条件下的燃烧速度明显低于在常温条件下,常温条件的燃速在1.717～2.127mm/s,低温条件下的燃速在1.252～1.583mm/s。     

基于PLIF技术的气氧/气甲烷同轴剪切喷嘴试验

以数值仿真的结果作为参考,开展了基于PLIF(平面激光诱导荧光)技术、高速摄影技术等非接触光学燃烧诊断技术的气氧/气甲烷同轴剪切喷嘴试验研究。通过联合光学诊断对不同设计工况的燃烧流场进行诊断测量,获得燃烧室内OH分布,燃烧流场发展演化过程、火焰的结构等信息,对燃烧流场进行详细的分析。研究结果表明:气氧/气甲烷剪切燃烧火焰存在明显的剪切燃烧层,且随着轴向距离的增加,火焰逐渐失稳;随燃氧速度比的增加,流场涡旋作用明显加强,火焰根部稳定段变短,瞬时火焰结构卷曲和褶皱增多;仿真计算的OH分布与试验测得的OH分布相似,仿真模型能够合理预测气氧/气甲烷同轴剪切喷嘴的燃烧流场。      

基于成像的RP-3煤油在激波管内自点火过程研究

为深入直观了解RP-3煤油在激波管内的自点火及燃烧过程,利用高分辨率纹影系统和高速摄像机对反射激波后点火燃烧过程进行拍摄,获取了丰富的光学图像。纹影图像显示得益于低压段内高比例氩气作为稀释气体,入射及反射激波均无分叉,为正激波结构,点火燃烧后对密度造成较大影响,流场中出现明显褶皱。针对燃烧过程的高速摄影图像显示激波后燃烧区域基本分为两部分,反射激波后小粒径雾化煤油完全燃烧呈现明亮的蓝色火焰,由于氧气的大量消耗随后将造成煤油液滴间的燃烧出现竞争关系,无法充分燃烧,出现分散的黄色火焰区,后期部分液滴由于贫氧及温度下降造成燃烧不充分而析出碳粒。     

求解气体-颗粒两相反应流动的一种数值方法

针对用Lagrange观点处理颗粒相的气体-颗粒两相反应流动的基本方程,结合时间分裂法和ICE方法,提出了一种求解气体-颗粒两相反应流动的数值方法。并作为算例,计算了具有煤粉在燃烧室中燃烧的流动问题。     

射流屏点火方案及其验证

高速燃烧室点火条件　高速燃烧室内通常存在外层的高速主动流,它不但用作燃烧的氧源,而且带动核心气体形成稳定火焰的涡流结构,同时还起隔离火焰与室壁的作用。它的外层一般情况下是净空气,内层掺有燃油。      

高超声速飞行器表面温度分布与气动热耦合数值研究

针对高超声速飞行器热防护设计中的高温气体非平衡效应问题和气动热环境精确预测问题,基于流场的非平衡Navier-Stokes方程、表面的能量守恒方程和内部的热传导方程,考虑流场的非平衡效应、表面的热辐射效应、催化效应和烧蚀效应以及热防护层内部的热传导效应,建立了初步的表面温度分布与气动热的耦合计算方法,完善了高超声速飞行器气动物理流场计算软件(AEROPH_Flow)。在表面材料为碳-碳(C-C)条件下,对飞行高度为65km和飞行速度为8,10km/s的半球以及飞行高度为50km和飞行速度为8km/s的球锥模型,开展了表面温度分布与气动热的耦合计算,验证了计算方法和计算软件,分析了表面温度分布对气动热环境的影响。研究结果表明:表面温度分布对气动热的计算结果有较大影响,在气动热环境的预测中,不仅要考虑热化学非平衡效应和表面催化效应的影响,还要考虑表面温度分布的影响,最好是采用表面温度分布与气动热耦合计算的方法,以减小表面温度分布对气动热计算结果的影响。为此,需要发展完善非平衡流场/表面催化和烧蚀/热传导温度场(气/表/固)的计算模型、耦合求解技术和计算软件,实现对高超声速飞行器的真实飞行条件下高温气体非平衡效应和气动热环境的精确模拟。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

三角波信号波形参数的测量不确定度

通过使用波形测量手段和最小二乘直线拟合方法，对三角波信号的波峰、波谷、中值、幅度、频率、沿斜率、沿线性度、对称性等指标进行了精确评价，详细讨论了方法的实现过程以及有关技术问题，并对各项参数指标进行了不确定度分析。实验验证结果表明了该方法的有效性和实用性，该方法可应用到三角波信号源的性能指标评价中。     

圆弧端齿对涡轮螺栓连接影响的数值研究

为验证某型民用航空发动机涡轮总体设计方案的可行性和安全性,以该型航空发动机涡轮的圆弧端齿连接结构为研究对象,利用有限元数值模拟方法研究了涡轮第1级盘与前轴之间采用圆弧端齿连接的设计对结构强度和疲劳失效的影响,分析了在高温及不同预紧力载荷工况下对圆弧端齿连接强度、疲劳等性能的影响规律.研究表明:该设计存在涡轮第1级盘与高压涡轮轴连接的外端齿分离而导致振动的风险,而增大预紧力可以提高螺栓连接传递荷载的能力,但螺栓孔边存在局部高应力问题.研究结果为圆弧端齿的设计方案提供了有效理论支撑和参考.     

Thermal Stresses and Cracks During the Growth of Large-sized Sapphire with SAPMAC Method

本文利用有限元法对冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)生长大尺寸蓝宝石单晶过程中的热应力进行了模拟计算,应用临界缺陷理论解释了裂纹的萌生与扩展机理。研究表明,晶体内的热应力主要与晶体生长速率,环境温度和结晶取向有关;较大热应力多出现在结晶界面,放肩、收尾以及直径急剧变化等位置;最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面附近。裂纹将在临界缺陷位置产生,并在应力作用下沿a或m面扩展。计算结果与实验结果基本吻合,通过晶体生长系统和生长工艺的改进,对晶体的开裂问题得到了有效的抑制。     

一种无人直升机自动起降控制策略

无人直升机起降的关键是纵横向姿态保持和滑移控制,以及垂向升降速度的平稳性控制,避免纵横向滑移时受地面约束而引起倾翻和垂向近地颠簸。提出一种无人直升机自动起降控制策略,纵横向利用地面支撑力、姿态和滑移构成反馈控制,垂向利用地面支撑力判断离地和着陆,并通过高度指令牵引控制升降速度。引入地面支撑力反馈控制确保离地瞬时纵横向力和力矩平衡,使无人直升机离地时失去地面约束后能够垂直起飞,引入姿态和滑移反馈抑制无人直升机起降过程中姿态变化和滑移,两者本质上构成并联控制。该策略在某无人直升机试飞试验中获得了成功应用,为无人直升机自动起降技术发展提供有益的借鉴经验。     

吸气式高超声速飞行器多学科动力学建模

高超声速飞行器一体化设计中存在气动/热/推进/结构弹性相互耦合的问题,首先根据飞行器的机体/发动机一体化设计思想构造了二维高超声速飞行器模型,并基于激波/膨胀波原理和动量定理建立了气动力模型,采用Chavez和Schmidt建立的超燃冲压发动机推进系统模型;在飞行器结构方面,引入变截面和变质量分布的自由梁结构模型,并采用Eckert参考焓方法分析的气动加热过程中承力梁不同轴向位置温度随时间变化特征,在此基础上运用模态法计算了燃料消耗和气动加热条件下结构的固有频率和振型特征,获得结构弹性变形的模型;最后建立了考虑热气动弹性和推进系统作用的飞行动力学方程。研究结果表明:质量变化对结构弹性特性影响比较显著,而气动加热的影响主要表现在振动频率方面,且会随着加热过程的持续而逐渐增强;结构变形会改变飞行器静配平状态,特别是在机体质量较大的最初飞行阶段,气动加热会强化结构变形对配平特征的影响;线性化系统的动力学特征分析表明,质量减小和结构变形均会增加短周期模态和振荡模态的不稳定特性,而对高度特性的影响不大,气动加热效应会进一步增加飞行力学和气动弹性的耦合特征,并导致弹性模态的稳定性降低。     

一种适用于飞机装配的新型随动定位器

在飞机机身等大部件位姿调整、对接及精加工等装配过程中,如何保持调整后的飞机部件位姿不变并对其进行可靠固持一直是个技术难题。为此,提出一种基于气浮和万向球座的机身部件随动固持方法。采用该方法进行随动固持的具体步骤：首先将与机身部件刚性连接的芯轴插入处于浮动状态的万向球座中,芯轴在进入浮动球体的过程中,球体可在上、下半球座之间进行任意转动;然后根据受力状态使球体和上、下半球座一起平动;芯轴完全进入浮动跟随装置之后,液压锁紧上、下半球座和球体,同时锁紧芯轴,在保证不改变飞机大部件位姿前提下实现对其可靠固持;将油压卸载就可以释放与机身部件连接的芯轴,使机身部件恢复到自由调姿状态。试验和应用分析表明,这种新的随动固持方法可以满足机身对接装配、精加工要求。     

螺旋桨滑流对短舱/机翼构型尾迹流场的影响

螺旋桨滑流对飞机机翼表面流动和尾迹流场有重要的影响,进而改变机翼和飞机的性能。本文通过风洞试验方法开展了螺旋桨滑流对尾迹流场的影响研究。试验模型为后掠角4°、带增升装置的螺旋桨/短舱/机翼模型,试验构型包括襟翼收回和襟翼打开,试验策略是在两种构型下分别同时模拟真实飞行状态的拉力系数和前进比。通过比较有/无螺旋桨时空间尾迹流场的速度场和流动偏角等,分析滑流在尾迹流场中的发展规律和影响范围,研究尾迹流场中滑流的加速效应、下洗和侧洗效应等。结果表明,在滑流作用下,机翼远后方流场参数在机翼展向和垂直方向上均呈现复杂的变化;同时,襟翼收回和襟翼打开构型的滑流效应有明显的区别,影响规律也有所不同。     

航空发动机主轴滚子轴承非典型失效机理

针对某航空发动机圆柱滚子轴承的非典型失效问题，基于滚动轴承动力学理论，考虑滚子动不平衡量及滚子与套圈挡边间的碰摩，建立高速圆柱滚子轴承的动力学微分方程组，采用预估-校正GSTIFF（Gear stiff）变步长积分算法进行求解，分析了轴承工况参数和结构参数对动不平衡滚子的最大歪斜角和滚子与挡边最大碰撞力的影响。结果表明：滚子最大歪斜角和滚子与挡边最大碰撞力大小随滚子动不平衡量、轴承内圈转速增加而增大，与径向载荷间未表现出明显的相关性；较小的轴向游隙能够有效抑制滚子歪斜，但会增大滚子与挡边碰撞力，存在合理的轴向游隙范围使得在滚子歪斜角不会过大的情况下滚子与挡边碰撞力较小；较小的保持架兜孔周向游隙与挡边负背角和较大的滚子球端面半径能够减小滚子最大歪斜角和滚子与挡边最大碰撞力。