风洞收缩段曲线气动性能研究

介绍了一种新的风洞收缩段曲线的设计方法,即UG参数化收缩段壁型曲线设计。采用商用软件fluent对这种收缩段曲线性能进行数值模拟计算,获得了好的流场品质,对于风洞的设计以及流动优化提供了新的设计思想。在模拟计算的基础上应用了该研究成果加工制造了一座低速风洞,并对风洞流场进行了校测,对比了模拟计算结果与实验测量结果,并进行了流场性能分析。该设计方法可以应用推广到风洞设计工作中去。     

S型收缩流道对涡轮通流能力影响的研究

为进一步提高航空发动机涡轮通流能力，以小型跨声速涡轮为原型，研究了静子S型收缩流道对涡轮通流能力的影响。将S型流道直线段长度和收缩段内外圆半径比作为流道造型参数，分别针对原型涡轮静子内外端壁进行调整造型，得到一系列不同参数组合的S型内外端壁涡轮算例。保持膨胀比为设计值不变，利用CFD软件对原型和S型流道涡轮进行设计点模拟分析。结果表明，S型流道涡轮流量提升的原理在于增大的静子喉道面积。在相同造型参数下，S型外端壁涡轮的静子叶根损失被有效降低，流量提升明显，且流量高于S型内端壁涡轮1%左右，但由于最大外径增大使其质量通量提升效果减弱；与之相反，S型内端壁涡轮的质量通量提升明显，且高于S型外端壁涡轮3%左右。从提升涡轮质量通量并保证效率不低于原型的角度看，S型外端壁造型参数选取范围更广。     

叶栅风洞试验段与收缩段间二维收缩型面曲线的选择

采用数值模拟方法研究沈阳航空航天大学高速叶栅风洞试验段流场,由于试验段上下壁板间的垂直高度是随着叶栅攻角的改变而变化的,这就造成了过渡段上下壁收缩曲线的不对称,这其中的气流流场是不均匀的,通过对CFD数值模拟计算结果的比较和分析,最终选择合适的过渡区上下壁面收缩曲线,使得叶栅试验段处得到均匀稳定的流场,达到预期的效果,使得由上下壁面型面曲线不对称而引起的气流不均匀问题得到很大改善。     

三维收缩段初步设计研究

收缩段是风洞的重要组成部分，它的优劣影响着风洞实验段气流品质的好坏。在固定入口、出口、长度条件下，本文针对几种不同收缩曲线得到的收缩段模型。使用H—H型网格、采用ROE格式进行流场数值模拟，并将模拟得到的结果进行了对比分析。     

亚声速二维风洞收缩段的设计

本文给出亚声速二维风洲收缩段的一种设计方法。对两端为均匀流,风洞壁上无压力中断和逆压力梯度的条件下,设计出壁为最短的亚声速二维风洞的收缩段,借以减少边界层的影响。这个方法对低速风洞和高亚声速风洞收缩段都是适用的。对开发风力资源有一定的参考价值。     

倾斜射流撞壁铺展的数值仿真

为了加深对射流撞壁铺展形成液膜的认识，开展倾斜射流撞壁数值仿真研究。采用网格自适应加密技术对射流撞壁后的液膜铺展过程开展两相数值仿真研究，获得并分析了典型工况下液膜铺展的过程、流场结构以及射流撞壁区局部流动特征。从数值仿真结果中能清晰地分辨出液膜的关键特征，与试验结果的对比也表明了数值仿真方法的可行性与准确性。通过数值仿真发现，射流撞壁后，流动以滞止点为中心，呈辐射状向四周铺展，汇入液膜边缘处水跃区后流动方向偏转，并继续向下游流动，这是射流撞壁铺展形成液膜的基本过程；液膜的惯性力驱动着液膜呈辐射状向外铺展，而在液膜边缘位置处的表面张力和壁面接触角的影响下，液膜边缘形成高压区推动液膜收缩，液膜惯性力在壁面的剪切作用下逐渐减小，直至减小到与液膜边缘处表面张力等其他作用力相平衡，从而确定液膜的边界；数值仿真结果也验证了撞壁区流动的滞止点处于射流与壁面的椭圆形接触面的一个焦点附近。     

碳纳米管/碳复合材料的研究

以多壁碳纳米管和中间相沥青为原料制备了碳纳米管／碳复合材料，主要研究了碳管用量及热处理温度对材料制备的影响，考察了材料的弯曲强度、硬度和热、电传导性能。结果表明：随着热处理温度的增加，材料表现出较大的收缩和失重，碳管用量较少的样品失重、收缩更大，碳管用量15％(质量分数)的样品经2500℃处理后密度可达1．90g／cm^3；复合材料表现了远高于基体碳的弯曲强度和硬度；然而热、电传导性能远远低于基体碳。     

用于叶尖射流扩稳的Coanda喷嘴参数化研究

为提高压气机叶尖射流扩稳研究中喷嘴的附壁性能,采用数值方法研究了Coanda表面形式以及喷嘴宽度对Coanda喷嘴附壁性能的影响。计算结果表明:Coanda喷嘴的附壁性能与喷嘴上型线出口段的曲率密切相关,上型线出口段曲率大于1/6 mm-1时,喷嘴的附壁性能随着上型线出口段曲率的减小而提高;上型线出口段曲率减小到1/6 mm-1后,喷嘴的附壁性能不再改变。型线确定后,喷嘴的附壁性能随喷嘴宽度的增大而降低。     

高空舱内大流量进气收缩型面气动特性数值研究

应用CFD方法对不同收缩型面设计方案进行了数值模拟,并对结果进行了对比分析。结果表明:①采用伯努利双扭线进气结构,收缩段后直段区域径向马赫数梯度较大,收缩段出口附近壁面静压变化剧烈,压力损失较大;②无伯努利双扭线进气结构,双三角函数收缩型面(DTC)壁面静压变化率较小;③不同工况下,伯努利双扭线和圆柱-四次曲线-圆锥-四次曲线组合收敛曲线(CQCQ)型线组合、伯努利双扭线和DTC型线组合、仅CQCQ型线、仅DTC型线四种结构,壁面附面层厚度在收缩段出口基本一致;④进行大流量发动机试验,高空台可参考选用仅CQCQ型线和仅DTC型线作为亚声速进气结构。     

大型钢质双曲度模面的拉型工艺

介绍了用蒙皮拉型方法，制作强5D复合材料前机身上下壁蒙皮钢质成形芯模模面的工艺过程，分析了拉型的可行性和可能出现的问题，提出了解决问题的措施。     

专用跨声速风洞开孔壁试验段设计数值模拟

 在跨声速范围内,战斗机内埋式武器弹舱流场具有强烈的非定常特征。为获得准确的试验数据,需要对我国唯一的2 m量级以上的2.4 m×2.4 m引射驱动式跨声速风洞开孔壁面试验段进行适应性改造。通过采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法对引导风洞试验段设计方案进行评估优化,以获得最佳设计结果。与采用马赫数为1.4的喷管和开孔壁面试验段时的试验结果相比较,文中采用的开孔试验段壁板边界条件能获得较为准确的流场特性。对设计方案的数值研究结果表明,前过渡段的收缩与扩张降低了试验段气流质量,后过渡段引射缝开度明显影响分离特性,对前过渡段开孔率分布规律的优化使试验段流场均匀性达到了试验要求。     

槽壁试验段低超声速流场特性数值模拟

 在跨声速风洞中通过开槽和抽气可以建立低超声速流场,由于槽壁试验段设计参数多,流场结构复杂,为提高设计准确性,通过数值模拟对槽壁试验段低超声速流场特性进行了研究。首先根据槽壁试验段的一般设计准则进行了气动设计,给出了槽壁尺寸和不同马赫数所对应的抽气量。基于设计结果,通过数值模拟对流场特性进行了研究,计算表明：通过抽气可以建立均匀的低超声速流场,抽气量对试验段马赫数均匀区长度有较大影响;随后对不同气动外形进行了比对,结果表明:抽气口位置、壁板厚度、驻室容积、开闭比及槽壁外形等对试验段的气流质量有影响,开闭比和槽型的影响尤为显著;最后对槽壁的通流特性进行了分析,探讨了槽型对试验段流场影响的成因。     

变壁厚气冷涡轮叶片结构参数化设计方法

叶片叶身截面内腔型线的光滑过渡是航空发动机变壁厚涡轮叶片结构设计的关键.为解决变壁厚插值在最大壁厚点处出现拐点而导致过渡不光滑的问题,提出变壁厚叶片结构设计方法即变壁厚抛物线插值法.该方法基于管道相交投影线拟合中弧线法,利用壁厚系数及其对应关系控制壁厚,实现变壁厚涡轮叶片结构参数化设计.设计实例结果表明:应用变壁厚抛物线插值法对不同壁厚气冷涡轮叶片进行结构设计,叶身截面内腔型线光滑,在最大壁厚点处不会出现拐点过渡.     

跨音速风洞实验段中气流的加速问题

 在跨音速实验段的加速段的设计中存在这样的矛盾,即若要流场均匀则加速段长;若希望加速段短,则会加速过快而出现过膨胀现象。目前,实验研究不能给出可供设计用的一般规律。通过分析,本文试图找出其规律。1.加速段开闭比的分布规律 喷管的扩张段和跨音速实验段的加速段均可将音速气流加速到超音速,两种加速方法从结构上看不同,但膨胀加速的机理是相同的。     

跨声速风洞高速段一体化数值模拟研究

追求高亚声速经济巡航的民机、跨声速高机动特性的战斗机对高性能跨声速风洞的需求日趋紧迫,开 展跨声速风洞高速段一体化数值模拟研究,对跨声速风洞设计具有一定的参考意义。通过非对称平板扩压器 算例,初步验证计算方法的可行性,并对跨声速风洞高速段进行计算收敛评判方法、不同初始条件和槽壁扩张 角等因素研究。结果表明:采用模型区前后两个监测点马赫数变化作为收敛判据,方法可行且模型区流场均 匀;不同初始化条件对收敛结果总体影响较小,特别是各截面流场分布和槽道流动方向上,两者结果基本相同; 跨声速状态槽壁扩张角0.3°得到的试验段模型区域流场品质较槽壁扩张角0.0°更均匀。     

隔板截面造型对超声速膨胀器流场及性能的影响

采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,在设计工况下对3种隔板截面形状的超声速膨胀器的三维流道流场进行了数值研究.结果表明:矩形截面形状的超声速膨胀器近吸力面区域气流速度大,斜激波之后流动损失低,等熵绝热效率较高;正梯形截面形状的超声速膨胀器出口平均绝对马赫数、静压比以及膨胀比大,综合性能相对最优;角区附面层分离、回流形成的低速气流团以及斜激波所导致高速气流的增压过程是出口流动损失的主要来源;优化隔板沿径向的结构,超声速膨胀器的综合性能有望进一步提高.      

连续式跨声速风洞试验段降噪技术

利用中国空气动力研究与发展中心（CARDC） 0.6 m连续式跨声速风洞试验平台,分析了试验段噪声源产生及回路传播的机理,对压缩机尾罩和第四拐角段进行声学处理以降低来流噪声,并采用风洞二喉道节流状态运行抑制试验段下游噪声的前传,有效屏蔽了回路噪声对试验段的影响。据此开展了试验段不同通气壁型式、不同设计参数的主动降噪方案优化设计及其对比试验研究,获取了较优的试验段壁板设计方案,最终实现了风洞试验段气流压力脉动系数低于0.8%的噪声设计指标要求。      

真实爆震载荷作用下爆震室等寿命设计方法

结合内径为60mm的等壁厚爆震室,建立其有限元模型并施加真实爆震载荷,确定其疲劳载荷谱类型为周期性常幅谱。通过有限元模型和静态载荷作用下的解析模型分析得出爆震室壁厚和动力放大系数之间的相互影响关系,壁厚通过动力放大系数对自身进行调整,该过程中内壁的等效应力最大值逼近目标应力,以此为基础提出爆震室等寿命设计方法。根据计算结果设计加工变壁厚爆震室试验段,通过试验测量变壁厚爆震室外壁3个测点的应变,并估算3个测点内壁处的疲劳寿命,发现3个疲劳寿命最大误差为8.82%,考虑到试验与数值计算的工况误差可认为3个测点处寿命相同,验证了爆震室等寿命设计方法的正确性。      

跨音速运输机机身后体对航向静稳定性影响研究

采用课题组开发的CFD数值计算软件分别研究了跨音速上单翼布局运输飞机机身后体对航向静稳定导数的影响。研究过程中选择了两种后体构型型面：圆型面和立椭圆型面．分别对其气动力特性进行了计算分析。结果表明：圆型面后体的机身提供的航向静不稳定导数比立椭圆型面后体的机身提供的航向静不稳定导数大17．5％。     

高超声速弯曲激波压缩侧压式进气道数值研究

采用壁面马赫数呈线性分布的曲面压缩系统改进参考侧压式进气道的顶板,得到弯曲激波压缩侧压式进气道,并与参考侧压式进气道进行了比较.数值研究结果表明:设计状态无黏时曲面压缩顶板壁面马赫数分布与给定的马赫数分布基本一致,并且有黏时其壁面压力分布也与二维曲面的基本相同;同参考侧压式进气道相比,顶板采用曲面压缩能够一定程度地改善壁面压力分布,使其末端压力梯度变化平缓;并且非设计状态下的性能也得到有效地改善,特别是来流马赫数为4时,其流量系数提高6.0%、达到0.799,喉道截面总压恢复系数提高1.9%;来流马赫数为5时,其流量系数提高5.2%、达到0.909,喉道截面总压恢复系数提高3.2%.随着攻角增大,该进气道流量捕获能力增强、隔离段出口截面流场畸变减小,但喉道截面总压恢复系数下降剧烈.