减压器动态仿真的有限体积模型

通过对一维理想气体流动的有限元状态变量模型推导过程的拓展，获得了适用于变体积容腔的气体容积模型，并结合气体管道、气体阀门的有限元状态变量模型，通过对三者的组合运用发展了一种可仿真气体减压器动态工作过程的有限体积模型。采用此模型分别对某逆向卸荷膜片式减压器和某贮箱增压系统所用减压器进行了动态工作过程的仿真，前者仿真结果的稳态值与早期文献的实验数据和仿真结果相一致。表明有限体积模型的稳态精度合乎工程需要；后者的仿真获得了减压器各个腔室状态参数和阀芯开度的响应曲线，表明贮箱增压过程可以分为启动段、稳定段两个阶段，同时表明在理想气体绝热流动的假设下节流前后温度基本不变。数学模型和建模方法显示出良好的有效性和通用性。     

超声速和高超声速横向喷流数值模拟

为了解横向喷流的干扰影响和喷口附近的流场结构,采用分块对接网格和“0”型网格技术,数值求解N—S方程来模拟超声速和高超声速流场中横向喷流的干扰流场。对两种尖拱弹身外形的超声速和高超声速喷流干扰流场进行了数值计算,计算结果与风洞实验数据吻合一致。在此基础上,开展了某型导弹多喷构型干扰流场的数值模拟,得出一些横向喷流数值模拟的结论。     

轮履复合式军用地面探测车运动学建模及分析

为更好的对军用探测车运动过程进行控制,提出了轮履复合式探测车运动学模型的构建方法.通过对轮履复合式移动系统结构进行分析,首先建立了探测车三维运动学模型,并推出了其运动方程;其次建立了探测车车体速度与车轮速度之间的雅可比矩阵,利用最小二乘法对车体速度进行求解,提供了获得探测车越障过程中位置和方位的方法.最后对探测车行进过程进行了运动仿真,数值仿真分析验证了运动学模型的正确性及轮履复合式移动系统的运动特性.      

Transient simulation of a differential piston warm gas self-pressurization system for liquid attitude and divert propulsion system

In order to obtain the dynamic characteristics of a differential piston warm gas selfpressurization system for liquid attitude and divert propulsion system, a transient model is developed using the modular modeling method. The system includes the solid start cartridge,pressure-amplified tank with liquid monopropellant, liquid regulator, gas generator, and pipes.The one-dimensional finite-element state-variable model is applied to the pipes and the lumped parameter method is adopted for the other modules. The variations of the system operation parameters over time during the startup, steady-state, and pulsing operational processes are obtained from the transient model, and the characteristics of starting time changing with different system parameters are also analyzed. It is shown that the system startup process can be divided into three distinct processes. The starting time monotonically changes with variations of the liquid regulator parameters, first decreasing and then increasing with the mass change of the solid propellant charge of the start cartridge, initial gas cavity volume of the pressure amplified tank and initial gas cushion of the propellant tank. The starting time can be reduced to less than 1.0 s(0.68–0.75 s for the current system). For meeting the deviation requirements of ±10% of the steady-state propellant tank pressure, the positive deviation requirement is assured by the self-locking pressure and the negative deviation can be assured within an allowable maximum propellant tank volume flowrate(1.6 times the design value for the proposed system) for downstream thrusters for a designed system. The results from the simulation are useful as a guide for further system design and testing.     

底排装置空腔干扰下的火箭燃气流场数值模拟

从二维轴对称Euler方程出发,应用隐式有限体积TVD格式和分区技术数值模拟来流马赫数Ma=2 0,攻角α=0°时超声速绕流与底排装置空腔内的火箭燃气流相互干扰的复杂流场,计算得到了清晰的流场波系结构,包括底排装置空腔中的激波,火箭燃气流在底排装置空腔外底部与外来绕流作用后形成的相交激波、反射激波等,其结果可为底排火箭复合增程弹丸的结构设计和气动特性研究提供理论依据。     

等截面矩形隔离段内流场的三维数值模拟

针对三维矩形等截面隔离段中由激波／附面层干扰诱导的复杂流场，采用有限体积方法，OC－TVD格式结合B－L代数湍流模型隐式求解了三维雷诺平均N－S方程，数值模拟了三维流场内复杂的激波串和旋涡结构，计算结果表明所采用的数值方法能够很好地捕捉隔离段内流场的复杂流动现象。     

某型涡扇发动机半实物仿真控制系统

运用最小二乘法建立了某型涡寓发动机的动态数学模型，并利用相似原理把它推广到全飞行包线范围。动态数学模型在仿真计算机上运行，通过输人输出接口与控制器、执行机构实物进行连接，组成基于VXI总线技术的涡扇发动机控制系统半实物仿真系统。对涡扇发动机实际工作过程的半实物仿真结果表明，系统能实时地反映在控制系统作用下发动机的运行情况．为发动机全权限数字电子控制（FADEC）系统研究提供了良好的试验手段。     

单组元发动机推力室在轨温度数值仿真

建立了单组元发动机推力室系统(包括结构部件如隔热框、催化床、喷管等)的传热模型。在此基础上，应用有限元数值计算的方法，将模型进行轴对称Delaunay非结构化网格剖分，并完成瞬态温度场的模拟计算，进行推力室在轨温度的数值仿真。结合计算结果分析了热回浸现象、催化床电加热效能以及外空间辐射换热等问题。最后指出，隔热框的防热设计和空间辐射散热有效地隔绝了热回浸对电磁阀和喷注器的不良影响，并论证了催化床的电热丝加热是保证催化床在工作前维持一定温度范围之内的可靠方法。     

减压器关闭过程内部流场的动态仿真和特性分析

针对自主研制的大流量减压器,采用动网格技术和流固耦合仿真技术,将气体的流动和活动组件的运动耦合起来,实现了关闭过程中内部流场的动态仿真,描述了关闭过程减压器内压力和速度变化过程,掌握了流场中波系、回流区的演化情况。同时,通过对流场中不同位置参数进行监测,分析了监测点各参数随时间的变化情况,以及流量和开度的实时变化情况,研究了基于动态流场的关闭过程动态特性,揭示了影响动态特性的内在因素。     

空间飞行器实时仿真多体系统动力学建模

为了解决传统的多体系统动力学模型因必须显式表达多体系统的拓扑构型信息,使得所建数学模型非常复杂而不太适合空间任务级实时仿真的问题,针对具有中心体结构的空间飞行器,采用拟坐标拉格朗日方程推导出简洁的多体系统姿态动力学数学模型,并利用通用仿真平台建立了可实时运行的多体系统姿态动力学仿真模型.在仿真模型上施加测试用极限环控制律,模型输出正常的姿态动力学响应.仿真结果表明,所建模型在模型粒度和运行效率间取得了平衡,满足空间任务级仿真对模型逼真度和实时性的要求.     

低空突防任务下综合飞行/推进系统的建模与仿真

建立了综合飞行／推进系统的数学模型，介绍了飞机全维非线性数学模型和涡轮风扇发动机非线性部件级数学模型的建模及综合方法。对飞机执行地形中随任务时，飞行员调节飞行速度的方法与基于总能量的调节飞行速度的方法进行了比较。结果表明，基于总能量的方法比飞行员直接控制飞行速度能够减小发动机的燃油消耗，降低发动机的磨损，进而可以增加飞机的航程，延长发动机的使用寿命。     

吊挂式模态试验系统动力学建模和分析

根据吊挂式模态试验系统的工作原理,通过合理简化等效,建立了吊挂式模态试验系统的力学基本模型。依据瑞利理论,求解出其在水平和竖直2个方向测试基频的解析计算公式,揭示了测试基频和真实基频的等量关系式,分析了2个方向上基频测试误差的产生机理、影响因素和变化趋势。通过开展标准杆模态试验以及有限元仿真分析,验证了吊挂式模态试验系统力学等效模型合理、正确和有效。结果表明,吊挂式模态试验系统竖直方向的基频测试值偏低,水平方向的基频测试值偏高,需对测试结果进行误差修正,方能得到被测对象较准确的基频值。     

液体火箭发动机汽蚀建模与低入口压力起动过程仿真

针对液体火箭发动机氧化剂泵的汽蚀过程,使用入口NPSH（net positive suction head）代替入口压力作为汽蚀发生的判据和入口质量流量的计算方法,并通过模型与试验结果的对比发现以扬程下降1.25%作为断裂汽蚀发生点的模型具有良好的精度。后续开展发动机低于额定入口压力的起动仿真,结果表明：62%及以上额定压力能够正常起动;45%及以下额定压力起动失败,原因是燃气发生器温度过高。主要存在0.4~0.6 s,0.4~0.85 s和0.4~1.2 s三个时间段的严重汽蚀,分别对应氧主阀打开、主涡轮转速的快速爬升和燃气发生器参数波动。氧化剂主泵汽蚀主要影响燃气发生器和推力室,次要影响燃料供应路组件,轻微影响主涡轮。     

Experimental and numerical study on pressure oscillation in a combustor with rotary valve

A rotary valve coupled in a combustor assembly can generate periodic pressure oscillations inside the combustor and can be used to study the combustion instability in the combustion chamber of a rocket engine. This paper proposes a cold gas flow experimental system based on a rotary valve and a corresponding rotation model. A 3D numerical model is proposed to obtain the transient flow inside the rotary valve, and the dynamic mesh technique and User-Defined Functions (UDFs) are adopted to implement a swing motion instead of a rotary motion. Several cold gas flow experiments are carried out at rotating speeds of 75 225, and 375 rpm to verify the validity of the numerical model. The effects of rotating speed, stroke length ratio and radius of the RED (Rotor Exhaust Duct) on the pressure oscillations are studied using this numerical model. The results show that the maximum and peak-to-peak values of the pressure oscillations gradually decrease with increasing rotating speed. The ratio of the corresponding peak-to-peak value to the maximum pressure (pressure amplitude ratio) is reduced from 1.81 to 0.6%. The stroke length ratio affects the pressure waveform because it leads to a change in the time spent in the non-exhaust stage. When the stroke length ratio is 0, the waveform closely resembles a sine wave. With the increase in the stroke length ratio, the pressure waveform exhibits a more square or a triangular wave shape. Finally, a high-frequency and high-amplitude pressure oscillation can be obtained by appropriately increasing the radius of the RED.     

常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性

研究了常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性.考虑裂纹单元截面中性轴的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用有限元法建立了常开空心轴裂纹转子系统的动力学方程.采用谐波平衡法对方程进行求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和亚临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对该系统的临界转速的影响,表明位于跨中靠近惯性量较大圆盘的深裂纹对常开空心轴裂纹转子系统的影响大,临界转速下降快;计算了该系统在亚临界转速时的非线性振动响应,结果表明:亚临界转速下常开空心轴裂纹转子系统会发生超谐共振现象.所提出的空心轴裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导.      

用数值模拟方法确定喷气Z箍缩的负载特性

本文运用工程方法设计了喷气Z箍缩装置的超声速喷管,通过数值求解Navier-Stokes方程模拟了气流从储气室到喷管出口的非定常流动过程,最后用DSMC方法计算了喷管出口气体向真空中的膨胀,得到了喷气负载的气流位形和质量线密度.计算结果表明,除了储气室的压力、喷管的喉道和出口尺寸等因素外,负载的特性参数较强地依赖于阀门开启和关闭时间、阀门开启的速度、开启的口径大小以及阀门后真空管道的几何形状.采用定常流动模型比非定常流动模型预测的负载质量线密度大10倍左右,而后者与实验结果较为一致.     

直升机附件舱温度场的数值模拟

为考查某型直升机附件舱的热控制能力,采用有限元软件分析了其在强制冷却和自然冷却情况下的温度场分布.应用非结构化网格和有限体积法进行计算区域和控制方程的离散,采用标准k-ε模型封闭湍流控制方程.针对3种冷却系统设计方案,分析了不同冷却气流进口尺寸、相对位置以及不同附件散热量对附件舱温度分布的影响,计算了自然冷却情况下附件舱密闭时的温度场.计算和试验结果均表明,所采用的冷却方案可以满足附件舱冷却的需要.      

弹用涡喷发动机润滑油系统动密封结构研究

论述了某弹用涡喷发动机动密封结构工作原理及泄漏失效形式，对润滑系统的动密封结构进行了密封元件的研制，配合零件间隙的设计和台架模拟的试验研究，掌握了该发动机动密封的磨损机理，台架试验结果证明了其动密封结构设计的合理性。     

弹用涡喷发动机数控实时仿真系统设计及试验

以弹用小型涡喷发动机为研究对象，在充分考虑了发动机数字控制系统设计过程中的实时仿真、数控台架试车、数控系统成型装备飞机与导弹等实际情况的基础上，采用PC／104为数控系统控制器，以计算机模型替代真实发动机，设计了发动机数控含实物实时仿真系统。具体介绍了系统硬件设计；自适应预测控制器设计及其试验研究等。仿真结果表明：系统能实时地反映在控制系统作用下发动机的运行情况，为发动机全权限数字电子控制（FADEC）系统研究提供了良好的试验手段。     

用Newton子迭代方法计算前飞旋翼粘性绕流

通过求解Navier-Stokes方程数值模拟了直升机旋翼前飞非定常流场，为了同时保证计算的时间精确性和计算效率，时间推进格式采用了双时间推进方法，在该方法中，子迭代过程由十分高效的LU-SSOR方法完成，且使子迭代过程成为Newton子迭代，空间上应用中心平均的有限体积法进行离散，为了模拟前飞桨时间的相对运动，网格布局采用了运动嵌套网格方法，应用本文方法对-悬停流场进行了数值计算，计算结果与实验吻合较好，尽管缺乏实验数据的验证，对-有升力前飞状态的数值模拟结果是可信的。