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。     

大机动飞行中孤立旋翼的非定常空气动力模型

为提高旋翼他轴响应的预测,气动模型应当计入机动旋翼的尾迹畸变效应,而准确表示尾迹弯曲参数Kn是关键。为表达机动导致的各种效应,增广Peters-He有限状态尾迹模型可以吸收随飞行状态变化的Kn值。根据烟流实验,该参数随旋翼前飞速度、拉力和机动角速率而变化。旋翼的空气动力实验表明,旋翼轴接受准阶跃输入后,同轴及他轴的空气动力响应有过冲,且俯仰速率愈大,过冲幅值愈大。理论和实验结果的对比显示,为了正确计算机动飞行中的旋翼气动力,特别是操纵的他轴响应,应在模型中采用随状态变化的尾迹弯曲参数Kn。此外,在当前模型基础上联合动态尾迹畸变模型,计算出的旋翼力和力矩更接近试验数据。     

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。     

高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置

笔者在已研制的壁稳电弧等离子体发生器基础上,改进了阳极结构、加置Laval喷管,建立了一套可长期连续运行的高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置,超声速电弧射流的不稳定度为1％(纯氩)和3％(氮氩),电弧射流具有很好的稳定性、再现性和对称性。测量表明：超声速电弧射流的电子温度沿流动方向呈现出波浪形周期升降的变化规律。     

基于LabVIEW平台的数字抽取滤波器的设计与应用

介绍了基于LabVIEW平台的数字抽取滤波器的设计。该方法是对高采样率的数据进行低通数字滤波，然后对结果用1／K倍重新采样，将数字信号频带压缩K倍，从而实现动态测试较大的动态范围要求和划分频带要求，数字抽取滤波器的设计包含调制，数字滤波和抽取三方面，LabVIEW是一种基于图形编程语言（G语言）的开发环境，采用交互界面设计，模块化编程，该滤波器也是作者正在研制的动态测试分析虚拟仪器的一个重要组成部分。本文给出了在LabVIEW平台上所进行数字抽取滤波器的设计原理，仿真结果和在动态数字信号分析中的应用。     

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.     

多孔复合微结构的制备与减反射性能

主要研究了多孔-金字塔和多层多孔-金字塔两种多孔复合微结构的减反射性能。多孔-金字塔是将带有金字塔结构的单晶硅片置于HF/Fe(NO3)3溶液中二次化学腐蚀得到的,而多层多孔-金字塔复合微结构是将带有金字塔结构的单晶硅片置于HF/CH3CH2OH溶液中二次电化学腐蚀得到的。用扫面电镜和UV-vis-NIR分光光度计分别分析了这两种复合结构的表面形貌和反射率。结果表明,在400~800 nm波长范围内,多孔-金字塔和多层多孔-金字塔复合微结构的平均反射率分别为5%和2.1%。多孔-金字塔微结构表面的孔洞较大,表面的金字塔有少量的塌陷,但多层多孔-金字塔微结构表面的孔洞细小且覆盖均匀,表面的金字塔基本上保持完好。通过比较,电化学方法制备的多层多孔-金字塔复合微结构的减反射效果要优于采用化学腐蚀制备的多孔-金字塔复合微结构的减反射效果。     

转台转速周期性波动的自适应抑制技术

惯导测试设备(转台)的转速性能对惯性元器件和导航系统的性能测试有着重要影响,转台控制系统中存在的各种周期性扰动会造成转速的周期性波动,严重影响转台速率性能的提高.本文分析了该类设备转速周期性波动产生的机理,并针对周期性扰动幅度难以确定的特征,提出了一种基于非线性自适应控制理论的抑制方法和系统实现方案,该方法能有效抑制因周期性扰动而产生的周期性速率波动,提高转台的速率性能.转台实验表明,该方法对设备中存在的周期性转速波动具有明显的抑制效果.