涡轮叶片全表面换热特性的试验与数值研究

通过试验与数值计算相结合的方法,对无气膜涡轮叶片和带叶盆、叶背两排气膜孔涡轮叶片的全表面的换热进行了对比研究。结果表明,叶片表面换热特性受叶栅通道结构影响较大,在叶片前缘驻点和叶栅通道喉部主流加速剧烈位置流动换热程度较高,通道涡的产生明显增强了叶片端部换热效果且使气流向叶片中部收缩;气膜孔可明显增强叶片表面局部对流换热特性,但对叶片全表面换热趋势影响不大。     

轴向入射激波反射聚焦的实验和数值模拟

为研究两级脉冲爆震发动机凹腔入口宽度对第2级凹腔中激波聚焦过程的影响,设计轴向入射激波聚焦的实验系统,对不同入口宽度下激波反射聚焦的过程进行了实验和数值模拟。采用纹影系统拍摄凹腔中的流场结构,并测量了凹腔顶点处的动态压力。采用保持强稳定性（SSP）的Runge Kutta格式、weighed essential non oscillation（WENO)格式和块结构网格自适应加密（SAMR）算法对激波反射、衍射和聚焦的过程进行了数值模拟,数值模拟结果和实验吻合较好。通过分析比较相同马赫数激波通过不同宽度凹腔的反射聚焦过程,发现较小宽度凹腔入口下激波反射和聚焦较强,顶点的压力峰值较高,激波聚焦诱导的射流较强。      

陶瓷基层状复合材料超塑成形数值模拟与实验研究

为研究陶瓷基层状复合材料的超塑性能,对其超塑拉深成形过程进行了有限元模拟。结果表明,由超塑性能差异较大的不同陶瓷材料构成的层状复合材料的应力应变状态明显优于相应单一陶瓷材料,因此,很有可能具有优异的超塑性。采用流延制膜和热压烧结工艺制备了Al2O3/3Y-TZP层状复合材料,通过高温拉深实验对该材料进行了超塑成形性能研究。实验表明,当采用合适的应变速率和变形温度时,Al2O3/3Y-TZP层状复合材料具有优良的超塑性能,从而证实了有限元模拟的结论。     

粉末高温合金盘件预成形设计的类等势场分析法(英文)

传统的预成形设计方法精度低、耗时、耗力,为了克服这些缺点,提高产品的质量和工作效率并降低生产成本,需对预制坯进行合理的预成形设计。本文根据能量最小原理和最小阻力原理,利用塑性变形过程中坯料的流动规律于静电场等势线分布类似这一特性,提出一种能够进行预成形设计的新方法-类等势场法,并采用该方法对粉末高温合金盘件进行预成形设计,从中优选出6组预成形形状,利用MSC/Superform商用软件对上述预制坯的等温成形过程进行数值模拟,得到6组粉末高温合金盘件终锻结束时各个部分的等效应变分布、预锻和终锻的变形程度分配以及模具型腔的受力情况。通过分析,选出最佳的设计方案。     

高速自然层流翼型的设计与风洞实验研究(英文)

为了发展商务客机用的低阻力翼型,本文在荷兰科技大学TST27风洞开展了高速自然层流翼型的实验研究工作。为了减小测量技术对模型流场的干扰,提高测量精度,分别采用了IR,PIV以及阴影法等非接触测量技术。通过这些非接触测量技术的使用,对翼型的转捩位置、后缘分离以及升阻力等气动特性进行了测量研究。从实验结果可以看出,在小迎角范围内,翼型可以在其表面保持较长的层流段,并且后缘分离涡不会随迎角增大而向前发展,使翼型具有高升力、低阻力的特性。从实验结果和计算结果的差别可以看出,实验数据是可靠的,设计的翼型基本满足了设计要求。     

高过载条件下绝热层烧蚀实验方法研究(Ⅰ)方案论证及数值模拟

分析了高过载对固体火箭发动机流场和绝热层烧蚀的影响规律,提出一种新的研究思路:采用数值模拟方法来预示发动机三维两相流场,建立高过载流场模拟实验装置,开展绝热层烧蚀实验,建立高过载条件下的绝热层烧蚀模型,在此基础上发展高过载发动机绝热层设计和烧蚀预示方法.其中关键技术是高过载流场的模拟,对粒子加入法和弯管分离法两种方案进行了论证,认为弯管分离法原理上是可行的.为了验证这种方案的可行性,开展了弯管通道两相流的数值模拟研究,计算结果表明弯管装置具有使凝相粒子聚集形成高浓度粒子流的功能.     

三维可压和不可压缩流动数值模拟的一种预处理多重网格方法研究(英文)

将矩阵预处理方法与多重网格方法结合,发展了适用于机翼及复杂外形气动数值优化设计的高效数值模拟方法和程序。在不改变定常流动解的前提下,对 Navier-Stokes 方程的时间导数项实施 Choi-Merkle 矩阵预处理,从而改善可压缩控制方程在低速情况下的系统刚性。Choi-Merkle 预处理最初用于二维低马赫数粘性流动数值模拟,本文将其推广应用到计算三维流动,并针对提高跨音速流动计算收敛性进行了相应的改进。预处理后控制方程采用中心格式有限体积进行空间离散,Runge-Kutta 混合多步方法进行显式时间推进求解,并应用 FAS 多重网格方法加速收敛。采用所发展的方法和程序数值模拟了绕 M6 机翼和 M100 机翼的低速和跨音速流动(马赫数从0.01 到 0.839)以及绕 F4 翼身组合体流动。计算结果与实验值吻合良好,验证了所发展的方法的正确性。算例研究表明所发展方法较大幅度地提高了三维流动数值模拟的效率,且同时适用于可压和不可压流动计算,在机翼及复杂外形气动优化设计方法具有应用前景     

带进气道的隔离段流场实验研究与数值模拟

通过风洞实验与数值模拟研究了超燃冲压发动机带进气道的隔离段流动。结合RNGk ε模型隐式求解了三维N S方程,并将计算结果与实验结果进行了比较。研究发现,RNGk ε模型能较好地模拟出超声速流动的激波与分离现象;进气道喉道流动的非均匀性使隔离段内激波/附面层干扰流场与均匀来流条件下的流场有显著差别。风洞实验表明,同一个模型,风洞马赫数为3 85试验的隔离段入口压力畸变大于马赫5 3;但前者隔离段出口截面压力分布比后者更均匀;隔离段入口畸变度大,隔离段实际能达到的压升就低。研究表明隔离段内的总压损失在整个进气道 隔离段组合体总压损失中占了相当大的比重。     

Al_2O_3/TiAl 复合材料的原位合成、结构与性能研究(英文)

以 Ti, Al, TiO2和 Nb2O5混合粉为原料,采用热压反应合成技术制备了 Al2O3/TiAl 复合材料。对复合材料的微观组织与力学性能进行了研究。结果表明:产物由γ-TiAl, α2-Ti3Al, Al2O3和 NbAl3相组成。原位反应形成的细小 Al2O3粒子主要分布在基体晶界处。随着 Nb2O5含量的增加,晶粒明显细化,Al2O3粒子呈弥散分布在基体中。最终形成了由γ和γ α2构成的特殊组织。随着 Nb2O5含量的增大,复合材料的硬度逐渐增大,抗弯强度和断裂韧性在 Nb2O5含量为 6 wt%时达到最大,分别为 398.5 MPa 和 6.99 MPa·m1/2。     

热处理对NiCrAkl／Ni3Al微叠层材料力学性能影响

利用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料,对其在制备态和时效态不同温度下的力学性能进行试验,考察不同时效温度对材料拉伸性能的影响.结果表明,制备态样品沿柱状晶晶界发生脆性断裂,而热处理态样品的断口具有典型的韧性断裂特征.力学性能测试结果表明,经过适当的热处理后,微层材料室温和高温力学性能与制备态时相比,有明显的改善.经740℃/32h热处理后,材料性能明显提高.     

RTM工艺工字梁构件的模拟与实验研究

采用自主开发的RTM(树脂传递模塑)工艺3D模拟系统对航空用典型工字梁平板构件进行了模拟分析。确定中心点注射为最佳注射方式,并确定了8个合理溢料口位置,详细研究了预成型体渗透率不均匀问题对工艺的影响。对构件进行了模具制造和实验验证,实验结果与模拟结果基本吻合。计算机RTM工艺模拟对于模具开发、构件制造具有较好的指导意义。     

关于粘土/高性能环氧纳米复合材料的形态及力学性能的研究

对粘土片层在纳米粘土／高性能环氧树脂体系中的分散状态及力学性能进行了研究。通过加入较少的粘土（含量≤5wt％）得到插层型纳米复合材料。纳米粘土的存在使环氧树脂的玻璃化转变温度有所降低。粘土质量含量为2％时，复合材料的冲击强度约上升10％，但超过2％后。冲击强度随之下降。材料的弯曲强度则随着粘土含量的升高而逐步降低。     

采用 RTM 技术制造复合材料异型正弦波形梁

采用液体成型RTM方法,分别选择I型模具和U型模具制造全尺寸的异型正弦波形梁零件,得出I型模具在模具合理性和气密性方面比U型模具更有优势,更适合实际生产应用。当模具结构、树脂材料确定后,影响树脂注射质量的主要因素是注射压力。当树脂注射压力选择0. 2～0. 3 MPa时,异型正弦波形梁零件的质量满足要求,树脂工艺性最佳,此时压力最适宜波形梁零件的树脂注射。     

RTM聚酰亚胺复合材料“离位”增韧技术研究

研究"离位"增韧对RTM聚酰亚胺树脂基复合材料力学以及韧性性能的影响.结果表明:当增韧剂的含量为15wt%时,经"离位"增韧复合材料的室温层问剪切强度从97.9 MP8提高到110 MPa,而玻璃化转变温度和高温(288℃)复合材料层间剪切强度略有降低."离位"增韧后,PI-9731Es(F)/G0827复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)从310J/m2提高到459J/m2.经电镜分析表明,主要是由于将热塑性聚酰亚胺"离位"增韧PI-9731制备复合材料时,可以在复合材料富树脂区形成相反转结构,在裂纹扩展的过程中,包覆热塑性聚酰亚胺的PI-9731粒子发生明显地取向和变形.     

IBAD法沉积TiN薄膜的机械和耐腐性

用离子束辅助沉积(IBAD)方法在医用不锈钢317L基底上沉积TiN陶瓷薄膜。通过X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)分析研究了薄膜的微结构；测试了薄膜的耐磨性及薄膜与基底的附着力：运用电化学腐蚀的方法检测了薄膜在Hank’s模拟体液中的耐腐蚀性能。研究结果表明：用高、低能氮离子束兼用的IBAD方法沉积TiN多晶薄膜后，材料表面结构和性能发生明显改变。表面硬度和耐磨性有明显提高，在Hank’s模拟体液中显示出更强的抗腐蚀能力。     

基于DSC 法的RTM 工艺用6421 双马树脂固化反应分析

采用DSC方法分析了RTM工艺用6421双马树脂的固化反应,确定了固化度与温度和固化反应速率与时间之间的关系,基于Melak方法分析了固化反应过程,通过数据拟合法得到了n级固化模型、自催化模型及Kamal模型方程中的各个参数值。根据相关系数R2确定了适合的动力学模型。结果表明,6421双马树脂的固化度—温度曲线呈现\"S\"型,固化反应速率随升温速率的增大而增大;树脂固化反应的表观活化能Ea为105.611 kJ/mol,其固化动力学模型符合Kamal固化模型,模型方程对实验数据拟合结果良好。     

阻燃钛合金Ti40的热物理性能及力学性能

作为一种功能性钛合金,Ti40阻燃钛合金的热物理性能数据首次被报道。采用真空自耗电弧熔炼技术制备的Ti40合金铸锭成分均匀,利用热挤压开坯+包套保护锻造方法制备的板坯组织均匀。性能测试结果表明:Ti40合金的室温抗拉强度为950 MPa级,且在500℃下具有良好的热暴露性能、高温蠕变性能和高温持久性能。在室温到600℃范围内,合金的杨氏模量和剪切模量随着温度的升高呈线性下降,泊松比随着温度升高而缓慢增加;线性热膨胀曲线随着温度升高呈抛物线增加,平均线膨胀系数随着温度的升高呈线性增加。