未来大飞机发动机的发展趋势

21世纪初,无论是在波音777客机上使用多年的PW4084、GE90、TRENT800发动机与在A380客机上使用不久的GP7000与TRENT900发动机,还是为波音787客机研制的GEnx与TRENT1000发动机,在耗油率、全寿命费用、污染物排放、噪声排放、可靠性与安全性等方面都已经取得了显著的进步.     

基于时域反射法的航空导线绝缘故障检测与分析

基于时域反射法（TDR）建立了航空导线绝缘故障的数学模型及相应的仿真模型,计算与分析航空导线的绝缘层沿径向发生变化时其特征阻抗及反射系数的变化规律,仿真研究了脉冲波和阶跃波在导线中的传播规律,试验研究了导线特征阻抗的变化以及入射波上升时间对TDR波形的影响。结果表明:随着绝缘损坏量的增加,反射系数的变化率加快;对于相同的绝缘损坏量,绝缘层薄的导线反射系数大,易检测出来;在故障检测中阶跃波优于脉冲波;短路故障容易确定;特征阻抗降低到一定程度时,绝缘故障才能从TDR波形上辨别出来。对于小范围的绝缘故障检测,入射波上升时间越短,TDR波形越能反映故障的特征,但反射脉冲变窄,要求高采样频率;入射波上升时间增长,反射脉冲变宽,幅值降低,但一定程度上有利于检测出绝缘故障。     

一种基于类间方差的地平线检测算法

 针对视觉导航中用于微型飞行器（MAV）稳定飞行控制的地平线提取问题,提出一种基于类间方差的地平线检测算法。该算法使用角度和距离两个变量进行图像中直线的穷举,选取像素的蓝色分量作为区分天地的特征,利用类间方差构造判别准则进行直线的最优选择,从而实现地平线的检测。实验结果表明：与基于色彩协方差矩阵的地平线检测算法相比,本文算法对地平线检测的平均角度误差减少1°,距离误差减少3个像素,角度和距离参数的检测正确率分别提高1.98%和4.95%,且具有良好的速度特性。     

复杂外形的非结构四面体网格生成算法

本文改进一类经典的三维Delaunay网格生成算法,给出鲁棒的Bowyer-Watson增量插点内核;针对保形边界恢复和约束边界恢复难题提出完备的解决方案。结合光滑化和拓扑变换,对初始Delaunay网格进行后处理,提升了最终网格的几何质量。实验表明,本文算法鲁棒可靠,可用于复杂外形飞行器的高质量计算网格生成。     

喷射压力对同轴旋转射流喷雾锥角影响的实验研究

为了研究同轴旋转射流喷雾锥角的变化规律,设计了喷雾实验装置和同轴旋流喷注器。采用水和乙醇分别代替氧化剂和燃料,利用高速摄影系统对喷雾过程进行观测,分析不同喷射压力下喷雾锥角的变化规律。实验结果表明:内外两路同时喷雾时,喷雾锥角随着外路喷射压力的增加而增大,锥角值从81.6°增加至102.3°;但内路喷射压力增加后,喷雾锥角反而减小,从102.5°降低到94.8°。这个变化规律与单路旋流喷嘴的情况有所不同。将实验结果与通过动量定理推导出的理论公式进行对比,发现喷射压力小于0.2MPa时,实验值与理论公式吻合较好;随着喷射压力的增加,喷孔内液体的湍动能对喷雾锥角的影响逐渐增加,导致实验值与理论公式的偏差逐渐增大,喷射压力增加至0.6MPa时,实验值比理论值大10°左右。实验还研究了内路出口缩进对喷雾锥角的影响,结果显示随内路出口缩进长度的增加,喷雾锥角呈现先减小后增大的变化趋势。     

柔性变后掠飞行器非定常气动特性数值研究

为研究柔性变后掠飞行器变形过程中的非定常气动力,对柔性变后掠飞行器进行了非定常数值仿真。首先分析了柔性变后掠飞行器在特定后掠角下的定常气动特性,接着选用三种变后掠周期进行了非定常计算,分析了不同变后掠速度对飞行器气动特性的影响,以及定常与非定常气动特性的差别,并研究了这种差异产生的原因。结果表明:柔性变后掠飞行器通过后掠角的改变可以使实时气动性能达到最优;不同变后掠速度引起的气动力差异不大;定常气动力与非定常气动力最大差异不超过7%,其差异主要是由于机翼上气动力的差异引起;非定常计算的升力、阻力系数大于定常结果,俯仰力矩系数与定常计算值差异不大。非定常气动力的产生机理是由于机翼的附加速度所引起的,与流场迟滞无关。总体上看,攻角小于14°时,小后掠可以取得较大的升力、阻力系数;大于14°攻角,大后掠的升力、阻力系数较大;所有后掠角均在4°攻角处取得最大升阻比且小后掠角的升阻比较大;当升力系数小于1.28时,小后掠角产生较小的阻力系数,超过这一数值,大后掠角的阻力系数较小。     

计算气动声学高阶差分格式的GPU并行实现

以圆管构型的声传播为分析对象,研究了基于图形处理器GPU的计算气动声学(Computational Aeroacous-tics,CAA)高阶有限差分算法的并行实现,并与CPU串行及MPI并行实现作了对比分析。首先介绍了管道简化模型的2.5维线化欧拉方程和GPU的编程模式以及调优参考准则,然后给出了相关物理量的空间离散方法的GPU实现。数值实验的结果表明,与CPU串行及MPI并行程序的结果相比,使用GPU的程序实现在达到与MPI并行同样的计算效率时,可以使用更少的计算资源。较之cluster上串行算法,工作站上GPU并行算法在使用不同网格规模的情况下可达到的3倍多的加速比。     

飞机结构有限元分析中分布载荷的离散化处理算法

飞机结构设计中,需要对两类分布载荷数据进行处理:一类是已经由上游专业做过离散化处理,以网格形式提供的数据,例如翼面、舱门等的气动载荷,机体结构、燃油、设备、商载等的惯性载荷;另一类是以均布或线性分布等较为简单分布形式作用的载荷,例如增压舱、燃油箱等结构的压差载荷。针对飞机结构设计中需要进行离散化处理的两种不同类型载荷数据,分别对三类典型单元(三角形、矩形和四边形)的等效结点载荷移置处理算法进行研究,根据能量等效原则,利用薄板弯曲单元的理论,提出分布载荷离散化处理的算法,并对实际应用中舍弃结点载荷力矩分量处理方法的合理性进行说明,并通过算例验证,证明所提出的算法可在实际工程中推广应用。     

移动粒子半隐式方法GPU加速的双股射流撞击雾化模拟

为实现双股射流撞击雾化过程的高效数值求解并探究射流速度和撞击角度对雾化特性的影响规律,实现了移动粒子半隐式方法（MPS）GPU加速的双股射流撞击雾化模拟。GPU加速程序的最大加速比为16,取得了较好的加速效果。将GPU加速MPS方法应用于典型工况下的双股射流撞击雾化模拟,成功捕捉到了多尺度的液膜形成、液膜破碎成液丝继而破碎成液滴的瞬态过程,模拟得到的液膜破碎长度及雾化角度与试验较为吻合,误差分别为11.7%和0.5%,验证了GPU加速MPS方法在双股射流撞击雾化问题中处理能力。参数化分析了射流速度和撞击角度对液膜破碎长度、雾化角度及一次雾化液滴索尔直径的影响。结果表明撞击角度增加或者射流速度增加均会导致液膜破碎长度减小、雾化角度增加、一次雾化液滴索尔直径减小。     

高效粒子群算法研究及飞翼无人机气动隐身优化设计

针对飞翼布局无人机气动隐身多目标优化设计问题,以无人机翼面为设计对象,开展气动、隐身多目标优化设计研究。采用FFD方法实现飞翼布局的参数化表达;分别采用基于雷诺平均N-S方程的计算流体力学方法(CFD)及大面元物理光学法(LEPO)配合一致性几何绕射理论(UTD)计算边缘绕射场的RCS分析方法计算飞翼布局无人机的气动、隐身性能;选择结合基于动态超体积期望改善(EHVI)加点的动态Kriging代理模型与ASMOPSO算法的高效多目标粒子群算法对飞翼布局无人机进行综合寻优设计研究。在较少的调用真实目标函数的情况下,获得了比较优秀的Pareto前沿,通过对所选解的分析比较可知优化后的飞翼布局无人机在气动及隐身方面均优于原始构型。