NNW-HyFLOW高超声速流动模拟软件框架设计

NNW-HyFLOW在国家数值风洞（NNW）工程支持下,由风雷开源软件提供基础框架支撑,将建设成为基于结构/非结构混合网格,面向高超声速应用领域的国产自主工业CFD软件,具备高温气体热化学非平衡效应模拟及其相关气动力、气动热和气动物理特性计算分析等主要特色功能。本文从框架设计、数据结构、耦合方法、并行计算方法以及接口设计等方面对软件设计思想和框架特点进行了介绍,给出了求解器采用的理论模型、核心数值算法及其实现方法,结合HEG风洞试验、RAM-C飞行试验、Electre飞行试验以及航天飞机OV102飞行试验等典型算例开展了数值模拟。研究表明：NNW-HyFLOW具有底层代码复用、功能兼容性好、扩展能力强和接口灵活等优点,其当前测试版本已经具备了较好的高超声速非平衡流动数值模拟能力,在热化学非平衡效应及其影响的气动力特性、气动热环境和等离子体分布特性预测与评估方面,具有较高的数值计算精准度,初步满足了高超声速复杂飞行器高温非平衡流动数值模拟的需求。     

考虑流固耦合效应的航空发动机风扇叶片应力数值模拟与试验测量研究

航空发动机风扇转子在高压比、高转速、高负荷的级环境中工作时,存在叶片固体域与流体域之间强烈的耦合作用。针对风扇工作中的流固耦合问题,采用基于流固耦合的数值模拟方法对风扇叶片的结构特性进行模拟,研究考虑流固耦合效应前后叶片结构特性的变化。通过风扇转子加减速试验测量叶片表面测点应力变化,并将数值模拟与试验测量结果进行了对比分析。分析结果表明：考虑流固耦合效应后叶片表面的受力情况变化较大,导致叶片表面的应力与变形分布产生较大的变化;仅考虑离心力作用的计算方法得到的应力值与试验测量值误差最大达到50%,而考虑流固耦合效应的计算值误差在10%左右;考虑叶片流固耦合效应得到的应力分布更满足实际工程应力与强度分析要求。     

干线客机机翼气动/结构综合设计研究

为了妥善处理机翼设计中气动和结构之间的矛盾,提高飞机的整体性能,对干线客机机翼气动/结构综合设计方法进行了研究.将非等熵全位势方程CFD方法与基于工程梁理论的机翼结构设计方法相结合进行分析计算,用序列二次规划法对全局敏度方程所构造近似系统进行优化,通过对一系列近似系统的优化,逼近综合设计的最优解.最后以一种干线飞机的机翼气动/结构综合设计为算例验证了这一设计方法的可行性.     

飞机吊舱热系统计算机仿真研究

建立了电子吊舱热系统仿真模型,并利用仿真软件对其进行动态仿真研究,得到了吊舱冷负荷及主要温度参数沿一定飞行包线的变化情况, 辅助完成了制冷系统的选型及校核检验工作,并为吊舱的结构参数优化提出了合理性建议.研究结果表明动态仿真研究为吊舱制冷系统的选型及设计提供了先进的计算分析工具.     

支撑板结构对燃气轮机排气扩压器气动性能影响的数值研究

支撑板结构直接影响燃气轮机排气扩压器的气动性能。采用求解三维RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）的方法,在考虑燃气涡轮末级叶片导致的气流预旋的条件下,探究了支撑板的数目、轴向位置、倾斜角度这三个几何参数对排气扩压器气动性能的影响,并基于正交试验原理,探究了不同几何参数对排气扩压器气动性能影响程度的差异。结果表明：支撑板数目的减少和轴向位置更靠近出口可以有效提升排气扩压器在不同进气预旋下的静压恢复系数,支撑板的倾斜设计在进气预旋小于0.48时,能有效提升排气扩压器的静压恢复系数,但在进气预旋大于0.48后,则会带来不利影响。基于正交试验原理的数值计算则表明,在进气预旋为0.12时,支撑板数目、轴向位置、倾斜角度三个因素变动对排气扩压器静压恢复系数的影响相近,进气预旋为0.35时,三者对静压恢复系数影响的贡献率分别为40.2%,30.9%,7.3%。进气预旋为0.89时,三者的贡献率分别为32.3%,22.2%,19.8%。     

碳纤维复合材料基体改性/铜网组合雷击防护性能的研究

传统碳纤维复合材料（CFRP）树脂基体导电性差易遭受雷击损伤,本文使用石墨烯-镀镍碳纤维粉作为导电填料,对树脂基体进行电导率改性,并在表面铺设铜网,进行模拟雷电流冲击试验,检验基体改性/铜网组合雷击防护效果。试验结果表明,树脂基体改性后CFRP层压板在0°、90°纤维方向及厚度方向电导率分别为1.1571×10⁴、1.0871×10⁴、204.2 S/m,分别提高1.54倍、1.16倍、433.47倍。200 kA模拟雷电流A波冲击下,无防护试件雷击附着后明火燃烧,次生效应持续,而单一铜网防护和组合防护则能抑制次生效应;无防护表面最大损伤直径14.62 cm,此能量下铜网被击穿,单一铜网防护表面最大损伤直径19.05 cm,而组合防护表面最大损伤直径8.93 cm,下降53.12%;相比无防护试件,单一铜网和组合防护内部损伤面积分别下降66.2%和96.7%。单一铜网击穿后,树脂烧蚀后产生汽化反冲,增大损伤铜网脱落面积;组合防护铜网击穿后,改性树脂迅速导走电流,减小铜网脱落和内部烧蚀面积。     

基于LabView平台可互换性自动控制通用驱动的设计

利用虚拟仪器平台（LabView）,设计了一种驱动程序,实现了不同型号的同类型仪器驱动通用,解决了传统单个驱动仅能控制单型号仪器的问题。并通过应用验证,表明该项设计具有较高的使用价值。     

脉冲多普勒雷达导引头遮挡问题解决方法研究

分析了脉冲多普勒雷达导引头“遮挡”效应产生的原因,介绍了锵决“遮挡”的两种方法：记忆跟踪法和变PRF方法,提出了采用四种重频脉冲交替变换解决遮挡的方法,同时该方法能有效的解决导引头测距模糊问题。最后利用MATLAB软件对四重频脉冲进行了时域仿真,并对该方案进行了硬件实现。     

一种基于观测站数目最小化的TDOA/FDOA无源定位算法

在三维（3D）运动目标无源定位系统中,无模糊定位最少需要4个观测站。而传统的两步加权最小二乘（TSWLS）及其改进的闭式算法至少需要5个观测站进行求解,当减少一个观测站时,这些闭式算法往往无法提供可靠解。针对这一问题,提出一种最小化观测站数目的到达时间差（TDOA）与到达频率差（FDOA）定位算法。该算法是一种闭式解法并且能够在三维场景下仅使用4个观测站进行定位。该算法分为两步：第1步分离传统的TSWLS算法中未知参数空间,建立了一组新的等式,并且利用加权最小二乘（WLS）算法得到目标位置与速度的初始值;第2步利用泰勒级数展开算法将中间变量线性化,对目标位置和速度初始值进一步校正。理论分析证明了在适当的噪声水平下该算法能够达到克拉美罗界（CRLB）。此外,计算机仿真表明仅使用4个观测站时,该算法对于近场以及远场目标参数的估计精度在测量噪声较小时可以实现CRLB;并且还表明使用5个观测站估计时,该算法比TSWLS及其改进算法能更好地适应大的测量噪声。     

卫星结构板涂装无机热控涂层工艺

对卫星结构板涂装无机白漆热控涂层工艺进行研究,考察了涂装前打磨工艺对结构板强度、涂层结合力的影响,并研究了较低温烘烤固化对涂装后无机白漆涂层外观、厚度、热辐射性能等的影响。结果表明:采用80#砂纸纵横交错打磨2～3遍能够满足无机涂层在结构板表面的附着力,且对0. 3 mm厚蒙皮结构板强度无影响,强度指标仍满足薄壁蜂窝夹层强度的要求。采用85℃/12 h的较低温烘烤工艺能够满足涂层外观、厚度、热辐射性能等各项指标要求。