喷注方案对凹腔稳焰燃烧室低频振荡的影响研究

为了研究在入口来流马赫数2.52,总温1486K的超声速来流条件下,稳焰凹腔上游不同位置乙烯横向喷注对模型发动机燃烧室内低频燃烧振荡特性的影响,通过1kg/s直连式超燃试验平台,利用高频压力传感器、高速摄影相机等设备,对凹腔上游近距离、远距离喷注等方案的发动机内部压力与火焰动态特性进行了研究。试验结果表明:在当前当量比条件下,当稳焰凹腔上游近距离喷注燃料时,燃烧室存在较大范围亚声速区域,并出现由热声不稳定性激励的低频压力振荡,频率分布范围较宽(50～400Hz)且振幅较弱。对于燃料喷注位置到稳焰凹腔距离较远的情况,燃烧室内出现以火焰逆传和火焰吹脱为特征的周期性火焰振荡现象。分析认为较远喷注距离有利于燃料-空气充分混合并形成预混区,导致火焰快速逆传。火焰逆传与DDT (爆燃转爆震)中的火焰加速传播过程有关。周期性火焰逆传与火焰吹脱过程相耦合形成了具有特定主频(约85Hz)且振幅较大的低频压力振荡。     

高速异步电动机转轴的疲劳特性分析

基于Ansys多物理场仿真软件平台,对高速异步电动机的转轴进行疲劳特性分析,校核高速异步电动机转轴的疲劳强度和高速运行的可靠性,预测电机转轴的寿命;分析电磁力对转轴疲劳寿命的影响,判断疲劳特性的类型。对比分析作用于电机结构的电磁力波频率、幅值和电机转轴各阶模态的固有频率,校核电机转轴的强度。在转轴不会因电磁振动发生断裂的前提下,将电磁力等效为静应力分析转轴的疲劳特性,校核电机轴在电机寿命周期内是否会发生短周疲劳损坏;并采用凹圆角设计进一步提高转轴的结构可靠性,提高电机的转轴寿命。     

电动汽车驱动非晶开关磁阻电机静态测试与性能仿真

试制了1台8 kW电动汽车驱动非晶开关磁阻电机(SRM),并对其进行了静态性能测试。使用有限元方法对电机在低速大扭矩及高速小扭矩共计4种工况下的铁耗、铜耗、扭矩和效率等性能进行了仿真计算。结果表明,相对于硅钢,非晶合金的高磁导率特性可有效保持SRM在高频激励条件下的相电感值;非晶合金的低损耗特性可有效降低电机铁耗值,尤其在铁耗为电机主要损耗的高速小扭矩工况下,可显著提升电机效率(3%~9%)。然而,非晶合金的饱和磁密较低,非晶电机的磁链-电流曲线相对于硅钢电机会有区别,应在其工作磁密、结构尺寸及控制参数上进行调整和优化以获得最佳性能。     

飞行器双自由度耦合振荡的数值模拟方法

针对模拟双自由度(2DOF)运动的"PQR"强迫振荡试验装置,通过坐标变换,将机构运动转化为空间欧拉角进行表示,实现对机构俯仰/偏航、俯仰/滚转和偏航/滚转等3种耦合运动的统一描述,采用预定运动轨迹的动网格计算技术,构造了基于非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程的飞行器双自由度振荡数值模拟方法。围绕某复杂构型飞行器低速流动,在模型迎角10°、滚转角±40°、偏航角±40°振荡预设条件下分别对单自由度偏航、滚转振荡和双自由度偏航/滚转振荡进行了模拟,得到的气动系数迟滞回线在形态和量值上与风洞试验结果吻合,证明当前方法可以作为飞行器复杂耦合运动的一种有效研究手段。针对偏航/滚转耦合振荡,从运动形式和气动特性上与单独偏航、滚转运动进行了对比分析,结果表明,耦合运动在气流角、绕体轴的旋转角速度等方面与单自由度叠加效果不同,力矩系数迟滞回线存在曲线交叉的现象,表现出与单自由度振荡不同的阻尼特性。在当前模拟状态下,偏航/滚转振荡流场以横向分离涡运动为主要特征,可以推测大迎角情况下纵横向分离涡流动结构更加复杂,耦合作用更强,需要进一步在分离流模拟方法上开展研究。     

燃料电池无人机能源管理与飞行状态耦合

开展了燃料电池/锂电池（简称燃锂）混合动力无人机的能源管理与飞行状态耦合研究。综合顶层飞行任务规划与底层能源系统管理,以动力系统模型为耦合点联立能源系统与无人机运动方程,建立能源状态与运动状态耦合模型。针对燃锂混合最紧密的爬升过程,以迎角、转速和燃料电池的放电功率作为控制变量,建立了燃料消耗最小的能源管理与航迹规划耦合最优控制问题,研究不同爬升高度对最优控制过程的影响,并与模糊控制能源管理策略进行对比分析。针对大功率短时爬升和小功率长时巡航的典型任务特点,建立了燃锂最优混合问题。研究了最优的锂电池容量和燃料电池功率水平的混合量,以及爬升和巡航两阶段最优功率分配和飞行状态,分析了不同巡航目标高度对最优混合量和飞行状态的影响。结果表明：采用能源与航迹耦合的最优控制策略在给出最优功率流分配的同时,能够很好地兼顾飞行状态控制;对燃锂混合和飞行状态的综合优化可以有效地处理爬升和巡航阶段的能源需求矛盾,在给出最优燃锂混合量和飞行状态的同时,降低整个任务过程的燃料消耗。     

旋转坐标系下分区计算的LU隐式方法

将隐式时间迭代方法应用于并行计算是CFD研究中的热点问题,研究发现LU-SGS格式在旋转坐标系下对分区边界比较敏感,对旋翼悬停状态进行分区并行计算时碰到了计算发散的问题。针对此问题,对基于LU分解的3种隐式时间迭代格式（LU-SGS、DP-LUR和HLU-SGS）进行了对比研究,设计了静止流场下的旋转网格算例对计算方法进行测试。结果表明,LU-SGS格式在网格边界采用简化处理方法,当边界的逆变速度增大时会引起数值误差放大,误差的不断积累导致计算发散。DP-LUR和HLU-SGS格式通过在边界单元采用雅克比迭代算法,能有效消除分区边界影响,使计算格式在大CFL数条件下保持稳定,其中HLU-SGS继承了LU-SGS迭代效率高的特点。在此基础上,采用并行化的LU隐式方法对Caradonna-Tung旋翼进行了并行计算,针对两套稀密程度不同的背景网格,在产生复杂分区边界的计算网格条件下,均获得了气动力和旋翼尾迹都充分收敛的流场。通过计算,分析了背景网格密度对预测气动力性能和捕捉尾迹流场的影响,计算结果与试验值吻合良好,验证了当前隐式计算方法适用于旋转坐标系并行计算,适合于推广至其他大规模并行分区的流场计算。     

重载四旋翼无人机结构优化设计与强度计算

多旋翼无人机结构设计是无人机研制的重要环节,结构优化设计方法是保证无人机安全飞行、提高无人机性能的关键。根据重载四旋翼无人机性能要求,设计一款最大有效载荷10kg、可折叠、质量轻、强度高的四旋翼无人机。建立无人机结构有限元模型,基于实际工况对机臂及中心板进行静力及屈曲分析;对机臂及中心板的铺层方案进行优化,校核结构强度、刚度和稳定性;并搭建无人机静力测试平台,完成重载四旋翼无人机结构静力加载试验。结果表明:相对结构初始铺层方案,机臂减重43%,中心板减重35%,全机结构累计减重560g;试验测点的应变值与分析值相对误差小于15%,验证了无人机有限元模型和优化设计方案的可靠性。     

运用混合遗传算法的多机编队重构优化方法

多机编队重构优化除了要考虑终端状态约束、控制作用能量约束之外,还必须考虑安全防撞距离与通信保障距离的约束。在满足这些约束的前提下,提出了一种新的结合控制作用参数化与时间离散化(CPTD)方法和遗传算法(GA)的混合算法,将编队重构最优时间控制问题进行控制作用参数化和时间离散化处理,转化为带自由终端状态约束的离散型优化问题,并通过对传统遗传操作算子的改进,采用改进的遗传算法进行寻优,得到最优解。算例结果表明了该混合算法的有效性,其适用于编队重构最优时间控制问题。     

固溶对Al-Cu-Li-X合金组织和性能的影响

通过OM,SEM,TEM和力学性能测试等手段,研究了固溶处理对Al-Cu-Li-X合金组织和性能的影响.结果表明:2A97合金T6态(未拉伸态)在520℃固溶80min,淬火转移时间小于15s,水淬,获得了合适力学性能,抗拉强度为493MPa,屈服强度为415MPa,延伸率为7.3%.合金时效强化相以T1,θ′/θ″和δ′ 相为主.经510℃,520℃和530℃固溶水淬,再165℃时效18h,随固溶温度升高,强度和塑性趋于减小.在520℃固溶水淬,再165℃时效18h,随固溶时间延长,屈服强度趋于升高,延伸率先升后降低.随固溶温度升高和时间延长,可溶过剩相数量和体积分数减小.520℃固溶后时效,基体沉淀相T1,θ′/θ″和δ′ 相数量多,尺寸小,分布均匀.     

基于EVENT模型的垂直间隔碰撞风险研究

空中交通流量逐年快速增长,迫切需要提高空域容量和空域利用率,缩小间隔标准可以快速有效地缓解流量增长和减少延误,因此必须研究不同间隔标准下的碰撞风险,从而确定缩小间隔标准的安全性。建立了基于EVENT的垂直碰撞风险模型,推导出了相应的计算方法;并运用该模型分析了垂直间隔对碰撞风险的影响。结果证明,高空空域缩小垂直间隔标准后的碰撞风险满足安全目标等级的要求,而且随着流量的增长,缩小垂直间隔标准后的碰撞风险在最近15年内保持稳定的安全水平。