综合离心环境试验技术研究进展

为了真实有效模拟航天飞行器的发射和再入环境,全面激发产品潜在的故障模式,需要发展综合离心环境试验技术。从环境耦合效应和试验技术研究两个方面,系统地总结了过载振动、过载温度、过载外压三种综合离心环境试验技术的研究进展,并对综合离心环境试验技术的工程应用和未来发展作了探讨与展望。     

舰载直升机-舰船耦合流场数值计算研究综述

舰载直升机舰面起降是海上舰载直升机最危险的作业之一,而舰船表面的复杂气流干扰是造成该问题的主要因素之一。本文从孤立舰船舰面流场主要特征分析出发,分别总结了航空母舰与非航空母舰类舰船的主要流动特征,以及舰载直升机-舰船耦合流场的主要流动特征。在此基础上,根据舰船表面流场计算采用的数值方法分类,从无黏流场到黏性流场计算、从定常数值计算到非定常数值计算,系统介绍了国内外的发展情况与主要研究工作。对舰载直升机-舰船耦合流场数值研究,根据采用的模型与耦合方法分类,从动量盘简化耦合模型到完整直升机模型、从单向耦合到双向耦合,介绍了国外的发展历程及主要相关工作。期望舰面流场以及机-舰耦合流场数值计算主要方法的探讨,能为后期机-舰耦合流场研究及机-舰适配性研究提供参考。     

磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统扰动力矩分析与抑制

对磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统，提出了一种基于自适应逆扰动消除控制的设计方法。该控制器采用将被控对象动态控制和对象扰动控制分离处理的方法研究了控制力矩陀螺框架伺服系统的非线性摩擦干扰力矩、陀螺房内部高速磁悬浮转子系统因框架变速转动对框架伺服系统产生的耦合力矩以及航天器姿态改变导致框架伺服系统本身的参数大范围变化等问题。设计的自适应逆扰动消除器大大改善了框架伺服系统的控制性能、提高了系统的速率输出精度。仿真结果表明，提出的扰动力矩抑制方法是可行的，具有很强的鲁棒性。     

多孔板换热的数值模拟研究

通过分析层板燃气侧、内部及冷气侧的换热特性，表明层板内流动特别复杂，换热也具有多样性。冷气侧换热面由于冲击孔出流的抽吸作用导致冲击孔上游换热加强，冲击孔出流对下游换热边界层的破坏，使下游抉热同样加强，且比上游增加幅度大。通道底面主要是由于射流形成的漩涡对底面冲击而使抉热增强，但影响区域不大。冲击面由于射流的冲击使滞止区换热系数很大，影响的区域也较广。燃气侧换热面由于气膜孔射流对主流的影响使气膜孔下游的主流旋转形成强度很大的漩涡，冲击壁面而使气膜孔下游换热增强，并且两孔之间由于冷气的掺混换热系数较大。     

空气动力对薄膜结构动力特性的影响规律

薄膜结构刚度小、自重轻、自振频率低,对外力作用非常敏感,因此在分析其动力特性时应考虑到空气与结构的耦合作用。本文利用附加空气质量、辐射阻尼和气承刚度这一简化气动力模型来考虑空气与振动薄膜结构之间的相互作用。分别推导了附加空气质量、辐射阻尼和气承刚度的计算方法及其相应的变化规律。并进一步采用算例分析对结构在空气中的自由振动和受迫简谐振动进行了系统分析,同时探讨了气动力对薄膜结构动力特性的影响规律。     

一种强耦合Spalart-Allmaras湍流模型的RANS方程的高效数值计算方法

在工程实际中,一方程湍流模型或两方程湍流模型的求解通常和雷诺平均Navier-Stockes (RANS)方程的求解是解耦的,也称之为松耦合求解.在松耦合求解过程中,RANS方程和湍流模型方程通常采用不同的数值方法异步求解.这种求解方式很容易产生因两者计算精度不一致而引起的额外数值耗散.为了消除这种耗散,将RANS方程与Spalart-Allmaras模型方程耦合成一个系统方程——强耦合RANS方程,并发展了一种用于求解该系统方程的高效强耦合算法,其中对流项离散采用了Roe格式,时间项的离散采用了隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)格式,为了提高计算效率,采用了三层V循环多重网格方法.通过翼型/机翼和振荡翼型/机翼等算例验证了本文发展的强耦合算法不仅具有较好的收敛性,而且计算精度明显优于松耦合算法,特别对于阻力的预测,强耦合算法更加准确.     

关于轴流压气机的非定常两代流型

针对作者提出的轴流压气机非定常两代流型——非定常自然流型(UNFT)和非定常耦合流型(UCFT)——概念,本文进行了数值模拟和试验两个方面的验证。从数值模拟结果来看,实现非定常耦合流型后,对应非定常流场的时空结构将由无序状态向有序状态转化,流场的时均性能也能得到较大提高。环形叶栅声激励和PIV测量的实验结果亦证实了这一结论。     

热防护系统的硅纤维隔热层复合传热数值计算

鉴于热防护系统的硅纤维隔热层是各向异性的非灰体材料，其复合传热计算是复杂且耗时的，提出了一种简便方法用于硅纤维这类各向异性非灰体材料的复合传热计算。该方法借鉴了医学领域断层摄影法（局部X射线检测法）中对光沿各向异性散射介质传播分析的思路，得到了各向异性扩散的热辐射方程（RTE—D）并把该方程用于求解非灰体半透明介质的辐射热通量。计算结果与文献中基于辐射传递方程（RTE）求得辐射热流的复合传热数值结果相比较，其最大相对误差为1．5％，并且其计算时间也由Pentium Ⅱ的3297．66分钟缩短为PentiumⅣ的约5分钟。最后，该方法被用于真实热环境下刚性隔热瓦L1900（高空隙率硅纤维隔热材料）的复合传热计算，计算结果与实验数据有较高吻合度。数据结果表明，各向异性的扩散近似被用于求解非灰体半透明介质的辐射热通量的方法用在热防护系统的硅纤维隔热层复合传热数值计算中是简便高效的。     

大功率离子推力器屏栅电源拓扑技术进展与展望

将离子推力器电源处理单元(PPU)的屏栅电源拓扑作为研究对象,从电推进发展现状及趋势出发,介绍了国内外的研究进展和应用情况。主要就目前屏栅电源所用到的双全桥并联拓扑、全桥谐振变换器、推挽变换器组成的组合变换器拓扑和全桥软开关拓扑进行论证分析,归纳了各屏栅电源拓扑的技术特点,最后结合我国今后PPU屏栅电源的发展需求,对屏栅电源新技术、新拓扑和功率量级等3方面作出展望,可为今后研制超大功率PPU屏栅电源提供研究方向与技术参考。     

多级刷式密封级间压降分配影响因素数值与实验研究

多级刷式密封级间压降分配直接影响刷式密封的封严特性和使用寿命,现有多级刷式密封结构存在各级压降不均衡导致密封提前失效的问题。本文建立多级刷式密封三维实体流固耦合求解模型,设计搭建多级刷式密封实验装置,在数值计算与实验测试结果相互验证的基础上,研究了工况参数与结构参数对多级刷式密封级间压降分配的影响规律,揭示了多级刷式密封级间压降不均衡性的产生机理。研究结果表明：在本文研究工况下,相同结构的两级刷式密封各级压降占比分别为32%~35%和65%~68%,三级刷式密封各级压降占比分别为21%~27%、27%~32%、41%~52%,多级刷式密封各级承担压降逐级增大,进出口压比对级间压降分配影响不大;增大刷丝束与转子表面间径向间隙、刷丝之间间隙以及后挡板高度均可改善各级压降分配,同时也会增加泄漏量;影响多级刷式密封级间压降均衡性的主要原因是逐级不均匀增大的体积流量,各级压降随体积流量逐级不均匀的增加而增大;增大下游级流道截面积可有效降低体积流量,平衡多级刷式密封各级压降。本文研究结果为多级刷式密封结构设计提供了理论依据。