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。     

多相流量计测单元阻力模型实验研究

建立了全新的用于多相流量计测的单元阻力模型,并在此基础上开发出多相流量计测系统实验样机和配套计测软件。通过自建多相流测试环道上大量的模拟现场工况实验研究,对计测模型进行了评价。实验数据表明：该计测模型可以适用于多相流中不同粘度的液相流量计量;可适用于较宽的气、液相流量变化范围;模型计测误差稳定在可接受的水平,适当延长计测周期可以明显改善计测误差。     

2.4m风洞M数和稳定段总压控制策略研究

我国自行研制成功的 2 .4m风洞现已投入使用。该风洞控制系统与国内现有风洞相比 ,控制执行系统多而复杂。该风洞成功地采用了所有试验工况M数与稳定段总压同时控制的运行方式。针对被控对象的复杂性 ,分别对神经网络控制、模型跟随自适应控制、自校正控制、智能控制及智能学习控制在该风洞上应用的可行性进行了分析。最后给出了一种智能控制策略 ,调试结果说明该风洞采用的这种控制策略是成功的     

基于符号计算的风洞试验测量不确定度评估

基于符号计算进行风洞试验测量不确定度分析可以实现实验数据处理公式及误差灵敏度系数的自动推导 ,采用该方法对ZSDD 1导弹标模风洞试验结果进行了定量的试验不确定度评估 ,计算得到的气动力系数精度极限与重复性试验得出的试验精度吻合良好 ,气动力系数偏离极限计算值通常是其精度极限的 3～ 4倍 ,其不确定度大约是其精度极限的 4倍。笔者所述分析方法和分析程序为定量评估风洞试验数据的可靠性提供了一种有效手段。     

机身减速板流动特性研究

现役高机动战斗机普遍采用机身减速板来减小飞行速度和转弯半径并提高机动能力.采用物面测压及空间流场测量相结合的实验方法,在机身减速板开度60°,机身迎角O°~70°条件下,研究了机身减速板铰链力矩随迎角的变化规律,分析了减速板迎风侧和背风侧的流动结构.研究结果表明:减速板铰链力矩按迎角可分为3个区域:常值区(α=0°~16°),减速板铰链力矩基本不变,因为减速板迎风侧正压力逐渐减小,而背风侧负压力逐渐增加,两种相反的变化趋势相互抵消.非线性增长区(α=16°~32°),减速板铰链力矩显著增加,因为减速板铰链力矩主要贡献区为背风侧,该迎角区内减速板背风侧存在一对不断增强的旋涡,背风侧负压力显著增加.在非线性衰减区(α=32°~70°),减速板铰链力矩在迎角32°~36°范围内急剧减小,因为在迎角36°减速板背风侧旋涡流动变为速度较低的再附流动;减速板铰链力矩在迎角36°~44°范围内逐渐增加,因为该迎角区作用于减速板迎风侧的机身涡不断增强,导致减速板迎风侧正压力显著增加;减速板铰链力矩在迎角44°~70°范围内逐渐减小,因为该迎角区作用于减速板迎风侧的机身涡不断减弱直至破裂,导致减速板迎风侧正压力逐渐减小.     

电场破乳分散相液滴行为研究

旨在为研究高效的复杂乳化液的处理技术提供理论基础,从微观角度研究电破乳机理,设计构建了适合本研究特点的电破乳分散相液滴行为观察系统,针对高压静电场中液滴的变形、破裂、碰撞、聚合及运动等行为进行了细致的实验研究,获取了大量液滴行为的珍贵图像资料,通过数据及理论分析探讨了影响液滴行为的主要因素,并从工业应用角度分析了其对电脱水工艺的影响,同时从乳化液系统的力学特性人手,通过受力分析初步建立了液滴形态的数学模型,并尝试进行了简单的数值求解.     

汽油液膜喷射和圆喷射雾化过程的PIV测量对比研究

利用PIV设备,在相同喷射压力和不同喷射脉冲下对分属液膜射流和圆形射流两种理论喷射类型的典型喷油器-涡旋喷孔和双喷孔喷油器的汽油雾化性能进行对比研究.研究表明:涡旋射流的油锥前锋以及外缘部分的油膜破碎均匀且雾化效果较好;双孔射流的雾化油滴粒子都集中分布在喷射中心线上,且油膜连接比较完整,雾化效果较差.涡旋射流雾化粒子的速度场分布比较膨胀和发散,而双孔射流的雾化粒子集中分布在中心线上(与浓度分布规律一致);相同时刻,双孔射流雾化粒子的速度绝对值最大值均明显大于涡旋喷孔.针对两种喷嘴都存在:喷射过程中越靠近喷嘴出口处的区域速度绝对值越大,而停喷后,高速区都集中在喷雾的前锋;在一定的喷射压力下,喷射结束时的贯穿距离与喷射脉宽基本呈正比关系.     

内埋式模型操纵面自动变角度系统研制

针对风洞试验模型操纵面角度的改变,开发了内埋式自动变角机构及控制系统,对控制角度进行了地面校准,并采用三角翼模型进行了风洞常规测力实验、重复性实验和操纵面效率试验.结果表明,采用自动变角机构改变操纵面角度的试验精准度均较高,完全满足国军标的要求,说明本操纵面自动变角系统的研制是成功的,在风洞试验中可以代替人工更换角度片方式,大大提高实验效率.     

离心力场中TiC/FeNiCr复合材料 涂层的原位反应合成

以Fe₂O₃,Cr₂O₃,CrO₃,NiO,Al,Ti粉和C粉为原料,在离心力场中在碳钢基体表面原位反应合成了TiC-FeNiCr复合材料涂层.利用X射线衍射、金相照相、扫描电镜、X射线能谱分析等手段对涂层的显微结构和组织形貌进行了研究.测试了涂层的显微硬度及干滑动磨损条件下的耐磨性能.结果表明,涂层和碳钢基体能形成冶金结合.涂层由FeNiCr奥氏体和其中弥散分布的TiC硬质相组成.TiC颗粒晶粒尺寸小于3μm,形状呈多边形或花瓣状.涂层显微硬度约为Hv 500~Hv 800,TiC含量增加,涂层的显微硬度提高.涂层较碳钢具有优异的耐磨性能.      

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.