气动扇形喷嘴雾化特性的实验研究

为研究气动扇形喷嘴雾化特性,设计加工了不同角度、不同出口形式和不同尺寸的5种扇形喷嘴,并搭建了试验台架系统,进行了喷嘴雾化试验。根据试验测量结果,从流量特性和雾化特性方面分析了气液比、喷嘴结构等对喷嘴流量系数、喷雾场雾化粒径分布的影响,并定性给出了喷嘴结构对雾化特性的影响规律。     

固液捆绑火箭发动机健康诊断技术

为使固液捆绑运载火箭发射更具有可靠性和安全性,本文首次提出了一种基于三冗余架构的芯级液体发动机健康诊断系统。在芯级液体发动机点火后,由箭上健康诊断系统根据红线算法对发动机状态进行诊断,确认液体发动机状态正常后再进行固体发动机点火。通过地面发动机试车及飞行试验考核,结果表明:该发动机健康诊断系统设计正确,能够及时有效地检测液体发动机工作状态,且未发生误警报或漏警报。     

液体大幅晃动类等效力学模型研究

基于液体大幅晃动等效力学模型研究充液航天器动力学与控制问题。首先,发展并完善了模拟液体大幅晃动的运动脉动球模型（MPBM）,结合已有的液体大幅晃动运动规律和分析结论对MPBM的法向力的计算方法进行了改进;通过数值仿真结果与已有试验结果的对比证明了以上改进工作的有效性。然后,基于MPBM建立了携带多个充液储箱的航天器动力学模型,针对携带四个储箱的充液航天器进行姿态机动控制研究。研究结果表明,四个充液储箱的三种可能的空间布局对航天器姿态机动过程中的角速度、液体晃动力矩和控制力矩将产生不同的影响;此外,还研究了液体大幅晃动等效力学模型中液体晃动阻尼因素对航天器姿态机动控制的影响。     

飞机旋转表面结冰数值模拟

在Shallow-Water结冰热力学模型的基础上,搭建了一套适用于三维旋转表面的非稳态结冰模型,采用Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法对表面结冰进行非稳态迭代求解。用所提模型对简化后的旋转桨叶模型进行计算,并与FENSAP软件结果进行对比,验证了所提模型的准确性,分析了转速、水滴直径和液态水含量等因素对旋转表面结冰冰形和水膜流动的影响。结果表明：随着转速的增加,结冰范围和水膜覆盖范围偏移愈加明显;结冰范围和水膜覆盖范围随水滴直径增长逐渐增加,水膜厚度也逐渐增大;结冰厚度和水膜厚度随液态水含量增长而相应增加,水膜覆盖范围也明显变大。     

液固横向耦合系统的动响应及圆柱贮箱中液体节径运动规律研究

导出了圆柱贮箱中液体与弹簧质量系统耦合的动力学方程,并在其动响应的基础上考察了圆柱贮箱中液体节径的运动规律．     

液浮陀螺仪的流固热仿真及特性分析

液浮陀螺仪具有精度高、可靠性高、环境适应能力强等优点,但由于其结构比较复杂,内部温度分布不均引起浮液流动,其产生的干扰力矩是影响陀螺仪精度的关键因素。同时,液浮陀螺仪具有封闭型腔,并且存在固体、液体、气体多种物质状态,导致仪表的温度分布情况难以通过实验直接测量得到。根据液浮陀螺仪的实际工作条件及工作原理,使用多物理场有限元仿真软件,建立了陀螺仪的流固热多物理场计算模型。通过计算得到了液浮陀螺仪的温度分布以及内部浮油和气体的流场与温度场,与实验测试点温度相比,模型计算得到的测试点温度误差为0.36%,关键部位的温度梯度精度可达到0.01K,网格细化20%后,仪表温度梯度变化0.05%,该研究将为后续液浮陀螺仪的温控及精度提升提供重要依据。     

浮油密度受温度影响的分子动力学模拟

浮油是液浮陀螺仪的重要组成部分,陀螺仪工作环境温度分布不均引起浮油密度局部变化,导致产生干扰力矩。有限元方法能够实现液浮陀螺仪温度场的仿真以及干扰力矩的分析,但是缺乏对浮油物化性质及变化的研究。通过分子动力学模拟的方法,建立并优化了氟醚油的分子链以及密度计算模型,得到了分子量和温度对密度的影响。结果表明,氟醚油密度随分子量增大而增大,且模拟数值与实测密度相符。温度升高,氟醚油密度下降,密度与温度之间呈线性相关,且分子量越低密度下降越快。拟合校正后所得到的温密方程实现了浮油性质的定量分析,为有限元仿真和液浮陀螺仪的设计提供了基础参数。     

平面流动皂膜的表面张力系数及厚度测量

在流体力学实验中，平面流动皂膜得到大量应用（如用于模拟两维湍流流动或超声速流动），对皂膜的测量手段也得到了极大发展，但对流动皂膜特性参数的测量尚有可提高之处。本文给出了两根平行弹性线之间在重力驱动下稳定流动的皂膜的表面张力系数及厚度的非接触测量实例。对于表面张力系数测量，针对新近文献中提出的一种基于皂膜边缘的力平衡测量表面张力系数的半经验方法给出了严格推导，并采用两种方法验证了推导结论，证实了该半经验方法的正确性，同时还得出了一种新的、更简便的表面张力系数测量方法；对于皂膜厚度测量，结合传统的皂膜流动速度测量方法（如粒子图像测速法），提出了一种基于单色激光干涉的测量方法，可以通过普通单色相机摄像来获取稳定流动皂膜的厚度剖面。