叶片排间耦合对跨声速压气机转子颤振特性影响研究

高推重比、强紧凑性的设计要求迫使压气机相邻叶片排之间的距离进一步减小，在加剧排间非定常扰动的同时，势必对叶片的气动弹性稳定性产生影响。本文针对1.5级跨声速压气机，基于谐波平衡非定常求解技术，结合单向耦合的能量法，开展排间耦合对1.5级跨声速压气机叶片颤振特性影响研究。通过对比分析非定常/定常混合模型的颤振预测结果可以发现：排间压力波反射对振荡叶排压力脉动特性的影响是造成转子颤振特性差异的主要原因。上、下游静叶对转子气动弹性稳定性恶化程度并不相同，且不符合线性叠加原理。对于近失速工况，非定常压力波反射导致转子叶片气动阻尼系数减小75%，定常/非定常混合预测方法可能导致颤振特性预估过于乐观。     

非定常同向激波边界层干扰的实验和数值模拟

运动激波在波前同向气流中传播时与壁面附近力界层发生的相互作用，既不同于定常的激波边界层干扰，也与普通激波管中端壁波与边界层的作用有很大差异。通过实验和数值模拟对这一问题进行研究表明，激波与边界层作用后，波面在壁面附近发生了明显弯曲，且触及壁面；弯曲的激波与壁面进一步作用后发生反射，由于波前气流速度不同，这种反射存在规则反射和马赫反射两种类型；由于激波反射，波后壁面附近形成了一个高压区；激波与边界层     

二维涡轮级的定常/非定常数值模拟

为了解定常与非定常计算差别对工程应用参考价值的影响，本文通过求争二维Navier-Stokes方程，针对一级涡轮叶栅分别进行了定常／非常数值模拟。结果发现，对于叶片表面压力分布，第一排导叶定常计算与非定常计算得到一致的结果，但是在动叶上差别较大，尤其在叶排小间距时。当叶排间距拉大后，定常计算结果趋近于非定常计算结果时间平均值。     

T-S波与边界层尾缘相互作用的数值研究

现代喷气式飞机的主要噪声源之一是在机翼的尾缘及喷流发动机的出口处，即流体流过尾缘时产生的强烈脉动，目前这类脉动产生噪声的机理尚不清楚。用直接数值模拟的方法，研究了二维亚音速情况下，上下来流相同的流体流过无限薄平板时。平板单边的T-S波和尾缘及尾迹流相互作用产生声场的可能性。结果表明，尾迹流中的Lighthill应力张量能在远场产生声场。此时声源不是点，而是一个区域，该声场的波动特征主要依赖于定常尾迹流的速度分布产生的不稳定扰动。     

小振幅振动圆柱在偏心圆域中诱导的二次定常旋涡流动

研究在充满粘性不可压缩静止流体的偏心圆柱域中当内柱在垂直于柱轴的平面内作小振幅简谐振动时诱导的二次定常旋涡流动。当Ｒｗ＝Ｕ＾２∞／ωγ为有限时量，Ｓｔｏｋｅｓ层次的二次定常整流流动必须用Ｎ－Ｓ方程来描述。     

时变广义系统的H∞控制

研究系统矩阵中含有范数有界不确定性广义系统的H∞控制问题，通过广义系统的有界实引理分析不确定广义系统容许性以及H∞干扰衰减问题，利用线性矩阵不等式方法和Schur补定理将时变广义系统H∞控制问题转化为对定常广义系统H∞控制问题进行研究，得出了具有时变不确定性广义系统在范数有界的约束下等价于定常广义系统的结论。     

高超声速三维边界层横流转捩的数值研究

横流失稳是高超声速三维边界层转捩的主要机制。然而到目前为止,由横流失稳导致高超声速三维边界层转捩的数值研究还不多见。本文采用直接数值模拟方法计算了马赫数6、后掠角45°钝板边界层中定常横流涡的演化,在此基础上引入高频二次失稳模态,计算了二次失稳模态的非线性演化,直至湍流发生。计算结果表明:横流定常涡的非线性作用引起平均流修正,可使壁面摩擦系数曲线有一定程度的抬升。而高频二次失稳波的增长导致低频及定常扰动快速增长,促使壁面摩擦系数急剧抬升,同时饱和横流涡结构破碎,最终触发转捩发生。     

定常流场中二维激波反射迟滞现象研究进展

为深入理解超声速飞行器和动力系统流场中存在的激波反射迟滞现象,对近年来有关定常激波反射迟滞文献资料进行了调研和总结。回顾了定常激波反射迟滞现象的提出与证实过程,介绍了改变入射激波形状、改变下游波系结构等可引起激波反射出现迟滞的实现方式,并对粘性效应、三维效应和动态效应等影响激波反射迟滞现象的因素进行了探讨,对激波反射迟滞现象的研究热点和难点问题进行了分析与总结。     

氢氧爆轰驱动激波风洞的性能

本文对膜片处起爆的氢氧爆轰驱动的概念作了简要描述。爆轰波在管端盖板上的反射压力峰值高出初始压力２００多倍，在高起始压力条件下产生的如此高的反射峰压对设备安全极为不利。串接在驱动段末端的卸爆段既能消除高的反射峰压，又能延长有效驱动时间。实验结果还表明：爆轰波后气流的定常性和重复性品质优良。用爆轰驱动来产生高焓（具有高压）试验气流是一种高性能且节省费用的新方法。还可用来获得高雷诺数高马赫数试验气流，爆     

飞机平衡状态的优化计算方法

分析了飞机定常飞行时平衡状态的基本特性，提出一种平衡状态及平衡面的优化计算方法，并以F－16飞机为模型，对其常规飞行时的平衡状态参数在推力矢量控制下迎角定常飞行时的平衡面进行了计算。仿真结果表明，该方法具有较好的收敛性、稳定性，在飞机定常飞行的配平计算、用分支突变理论分析大迎角非线性特性时平衡面的计算以及推力矢量控制的分析计算中，有广泛的应用价值。     

基于声波传播时间估计的气流速度测量方法

 为实现对亚声速和超声速气流速度的统一测量,提出了一种基于声传感器的新型测量方法。首先,根据声波在亚声速和超声速气流中的传播特性,利用特定的测量装置建立了声波传播时间与气流速度之间的数学模型,从而将气流速度的测量问题转化为声波传播时间的测量问题。然后,在此基础上,利用计时法和最大似然估计(MLE)方法来估计声波传播时间;其中,计时法在实时性上优势明显,而MLE方法则在可靠性上优于前者。最后,分别从阵元位置扰动性、计时误差和克拉美-罗界(CRB)3个方面对所提算法的性能进行了分析与仿真验证。结果表明,该算法能够实现对亚声速和超声速气流速度的精确测量。     

气体的可压缩非定常性对天然气流量计量的影响

利用PIV测试技术对天然气管道内的实流流场进行了可压缩非定常性测试研究,以探究天然气的可压缩非定常特性对天然气流量计量的影响。测试结果表明：通常在充分发展的天然气湍流流动情况下,圆管流的瞬时（0．4～2．5μs）截面体积积分流量存在明显的波动,流量的相对脉动幅值保持在4％以内。这表明管道内的压力在天然气介质中是以纵向压力波形式传递的;而天然气在压力驱动下,由于其本身的可压缩特性,管道截面上的气体密度会出现疏－密相间的变化,相应的瞬间截面流量也会出现大－小相间的脉动。现场试验在测试区上游15D处加装DN100～DN50的变径管后,流场中气流的最大马赫数达到0．2,流量的相对脉动幅值明显大于常规4％的水平,气体可压缩比有明显跃增。此时气体的可压缩以及非定常特性显著,应该认真考虑其对流量精确计量的影响。     

Ponderomotive Forces in Cosmos

This review is devoted to ponderomotive forces and their importance for the acceleration of charged particles by electromagnetic waves in space plasmas. Ponderomotive forces constitute time-averaged nonlinear forces acting on a media in the presence of oscillating electromagnetic fields. Ponderomotive forces represent a useful analytical tool to describe plasma acceleration. Oscillating electromagnetic fields are also related with dissipative processes, such as heating of particles. Dissipative processes are, however, left outside these discussions. The focus will be entirely on the (conservative) ponderomotive forces acting in space plasmas. The review consists of seven sections. In Section 1, we explain the rational for using the auxiliary ponderomotive forces instead of the fundamental Lorentz force for the study of particle motions in oscillating fields. In Section 2, we present the Abraham, Miller, Lundin–Hultqvist and Barlow ponderomotive forces, and the Bolotovsky–Serov ponderomotive drift. The hydrodynamic, quasi-hydrodynamic, and ‘`test-particle’' approaches are used for the study of ponderomotive wave-particle interaction. The problems of self-consistency and regularization are discussed in Section 3. The model of static balance of forces (Section 4) exemplifies the interplay between thermal, gravitational and ponderomotive forces, but it also introduces a set of useful definitions, dimensionless parameters, etc. We analyze the Alfvén and ion cyclotron waves in static limit with emphasis on the specific distinction between traveling and standing waves. Particular attention has been given to the impact of traveling Alfvén waves on the steady state anabatic wind that blows over the polar regions (Section~5). We demonstrate the existence of a wave-induced cold anabatic wind. We also show that, at a critical point, the ponderomotive acceleration of the wind is a factor of 3 greater than the thermal acceleration. Section 6 demonstrates various manifestations of ponderomotive forces in the Earth's magnetosphere, for instance the ionospheric plasma acceleration and outflow. The polar wind and the auroral density cavities are considered in relation to results from the Freja and Viking satellites. The high-altitude energization and escape of ions is discussed. The ponderomotive anharmonicity of standing Alfvén waves is analyzed from ground based ULF wave measurements. The complexity of the many challenging problems related with plasma processes near the magnetospheric boundaries is discussed in the light of recent Cluster observations. At the end of Section 6, we consider the application of ponderomotive forces to the diversity of phenomena on the Sun, in the interstellar environment, on newborn stars, pulsars and active galaxies. We emphasize the role of forcing of magnetized plasmas in general and ponderomotive forcing in particular, presenting some simple conceivable scenarios for massive outflow and jets from astrophysical objects.     

涡轮机轴流叶轮盘行波振动研究

本文对涡轮机中轴流叶轮盘的激振源, 特别是行波振动诱发的轴向力、力的性质、对振动的影响等作了分析。指出行波振动会诱发轴向力, 此力对压气机和涡轮盘的前行波振动起阻尼作用, 而对后行波则是自激力。涡轮机中轮盘上经常受到沿圆周分布不均的不变力作用, 激起驻波振动, 振动诱发的轴向力又激起盘的自激振动, 如无足够阻尼则导致失稳, 造成轮盘破裂事故。      

Low Energy Particles in the Global Heliosphere 2001–2004: 1 to 90 AU

Charged particle instrumentation that will be flying on six spacecraft in the heliosphere between 1 and 90 AU during 2001–2004 will provide a global view of the interplanetary medium that has not heretofore been available. Comparative analyses of the data that will be obtained will provide new understanding of the global evolution of heliospheric features such as traveling shock waves, coronal mass ejections, solar activity-produced particle injections, and anomalous cosmic rays. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

中央传动锥齿轮行波共振特征精准识别试验研究

为了精准监测复杂工作环境下航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特征,并满足对试验器改装小和测试装置易安装的技术要求。建立了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法和基于替代法原理的动态特性标定方法,研制了导出式噪声测量系统和数字式闭环控制声喇叭行波管装置动态标定系统,解决了复杂环境下的齿轮行波共振声信号测量与数据修正的问题。完成了基于噪声和应力同步测试的某航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特性试验,对从动锥齿轮的行波共振频率、共振转速及节径振动声辐射量级进行了分析。研究结果表明：导出式噪声测量方法及系统和动态标定方法及系统有效提高了齿轮行波共振特性的测量精度,可实现高温高油雾环境下齿轮行波共振频率和共振转速的精准识别和有效监测,行波共振频率误差小于0.04%,共振转速误差小于0.005%。四节径后行波共振时的齿轮辐板振动辐射的声压能量是三节径前行波共振时的4.5倍,说明齿轮在高转速发生行波共振会更危险。     

液体火箭发动机气动谐振点火初步研究

气动谐振点火是基于气动谐振加热现象的一种新型的点火方式。在特定的气动谐振条件下,高速喷流与谐振管内流相互作用形成周期性运动的激波和膨胀波,将压缩气体的能量不可逆地转化为热能,形成高温高能的点火源,从而点燃推进剂组元。建立了简化的理论分析模型,对可能获得的最高温度进行了预测,探讨了在液体火箭发动机上实现气动谐振点火的方案。     

Experimental investigation of boundary layer transition over a delta wing at Mach number 6

An experimental study on the boundary layer transition over a delta wing was carried out at Mach number 6 in a quiet wind tunnel. The Nano-tracer-based Planar Laser Scattering (NPLS) and Temperature-Sensitive Paints (TSP) techniques were used to measure the fine flow field structure and the wall Stanton number of the delta wing. The influence of factors such as the angle of attack and the Reynolds number was studied. The following results were obtained. The boundary layer transition between the leading edge and the centerline was dominated by the crossflow instability. At the location of the initial appearance of the traveling crossflow waves, the Stanton number began to rise. The Stanton number reached a maximum when the crossflow waves were broken up to turbulence. Increasing the angle of attack increased the spanwise pressure gradient at the windward side of the delta wing, thereby increasing the crossflow instability and advancing the boundary layer transition front. However, increasing the angle of attack caused the transition front to move backward at the leeward side. In addition, the sensitivity of the boundary layer transition to the Reynolds number varied with the angle of attack and the region.     

航空发动机高速锥齿轮瞬态动力学分析与试验研究

针对航空发动机中央传动锥齿轮由行波共振引起的掉块故障,采用瞬态接触动力学分析方法与试验验证相结合的手段,对行波共振发生时从动锥齿轮的共振特性和应力分布开展研究。基于声测法开展了航空发动机中央传动锥齿轮行波共振试验,研究中央传动锥齿轮行波共振特性,获取了从动锥齿轮行波共振动频、危险转速以及破坏断裂特征。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:试验中出现三节径共振皆是前行波共振,四节径共振是后行波共振;三节径共振危险转速范围为74.2%～76.2%,四节径共振危险转速范围为102.8%～104.2%。数值仿真与试验测试中结构静频值具有一致性,三节径误差小于2%,四节径误差小于5%,验证了仿真计算模型的准确性。仿真计算四节径行波共振时从动锥齿轮齿根处和辐板应力集中,应力分布形式与齿轮故障复现试验断裂形式基本一致,辐板正面应力值大小与试验结果基本吻合,误差在0.5%～9.5%,满足工程级应力预测要求,验证了瞬态接触动力学分析方法对齿轮行波共振应力预测的有效性。试验表明该齿轮结构是否存在初始缺陷是发生齿轮断裂故障的重要因素之一。     

齿轮断块失效原因再探

中外航空发动机发生过多起近１／４ 齿轮的断块失效,曾被确认是齿轮共振引起。但有些现象不能解释,此结论难以令人信服。为进一步探索失效的原因,进行了齿轮行波自激振动及失稳的研究。对齿轮自激力产生的机理和其做功做了分析;用非线性摄动法对齿轮振动的稳定性作了导算;在试验器上进行了实验研究。均证实了齿轮自激振动失稳现象的存在。已知的几起中、外齿轮断块失效可满意地用自激振动失稳来解释。本文提出的新观点和研究结果可为今后高速、高负荷齿轮设计和排故提供重要依据