电弧风洞高焓流场模拟与气动热校核研究

为了在电弧风洞更好地开展高超声速飞行器防热材料或结构热考核试验,基于有限体积离散,建立了针对电弧风洞高焓试验状态的多组分热化学非平衡流场数值模拟方法。针对中国空气动力研究与发展中心20MW电弧风洞不同试验模型的高焓流场进行了模拟,获得了试验状态的流场特性和模型表面热流分布,通过与试验测量值比较验证了计算方法。研究发现在喷管出口和试验模型之间的轴向距离很近的情况下,可以采用喷管流场和模型绕流分开模拟。通过对比数值模拟方法中的热化学模型,表明采用Gupta 7组分和5组分空气化学反应数据获得的模型表面热流非常接近,同时相比单温度模型结果,双温度模型结果与试验测量结果更接近。比较了多个状态条件下计算和试验测量获得的试验模型表面热流,发现二者相差都在15%以内,验证了建立的数值方法模拟该风洞高焓流场的可靠性。     

低速走丝电火花线切割加工断丝原因分析及处理

本文从电极丝、工作液、伺服控制和脉冲电源控制策略等几个方面,详细分析了低速走丝电火花线切割加工发生断丝现象的主要原因,并提出了相应的改造措施.     

电弧放电等离子体对超声速边界层影响的数值模拟

基于电弧放电等离子体热阻塞机理,对等离子体超声速流动控制过程进行了数值模拟,研究了等离子体对边界层的影响,分析了放电区大小、温度等对其作用效果的影响。结果显示：在高温等离子体放电区的上下游近区发生了边界层分离及漩涡运动;在放电区内有两种边界层,即高温等离子体与外界低温气流之间的温度边界层和气流与壁面之间的粘性边界层;放电区内形成漩涡运动的原因有两个,即内外压差和边界层分离;上游边界层的分离点y轴坐标随温度的增大而减小;增大来流速度,放电区上游分离点y轴坐标呈先增大后减小的趋势、放电区内漩涡运动加剧、下游近区边界层分离点y轴坐标减小。     

热塑性预浸丝铺放过程中温度场数学模型及其仿真

建立了热塑性碳纤维预浸丝铺放过程中二维温度场分布的模型。考虑铺放中热气筒的热气速率、热气温度的影响,当热气流速从650升高至800 m/s时,APC2的对流传热系数增加150 W/(m2.℃)。利用ANSYS对整个铺放过程热量的瞬态热传导进行了仿真,得到复合材料构件在整个铺放过程中温度场分布及其随时间的变化。通过对铺放头分别以40和20 mm/s进行铺放时温度场随时间变化的比较,可知铺放头移动速率越慢,粘合点处的温度峰值越高。当把铺放头移动速率降至20 mm/s以后,粘合点温度峰值升至355℃以上,达到APC2的熔点,因此在此条件下加工时铺放头移动速率理论上应低于20 mm/s。通过对比,证明了温度场数学模型的正确性。     

荧光微丝在低速风洞试验中应用的关键技术研究

荧光微丝法是将含有荧光物质的直径极小的丝线粘贴布置于模型表面,在紫外线照射下呈现出明显的荧光效果,以此来显示模型表面流场的试验方法,能减小丝线对流场的干扰进而更加真实地反映流场特征。基于在西北工业大学NF-3低速风洞中进行的某大型民机增升装置风洞试验,完成了低速风洞中使用荧光微丝法进行表面流动显示的关键技术研究,包括荧光微丝的制成及粘贴方式、光源的选择及拍摄技术等。模型机翼上表面丝线在不同迎角下的流谱清晰直观、区别明显、易于判读,可较为精细地反映流经翼面的气流状态和范围,并可清晰反映表面流谱随模型姿态角的连续变化情况。同一工况下与荧光油流流谱相一致,说明可较准确地显示流场。与测力试验结果的对比可以看出,荧光微丝流谱结果与测力结果相对应,可以更好地用于流场分析。     

电弧风洞CO2介质运行分析

为开展金星和火星探测器地面防热试验研究,通过对CO2气体平衡成分分析、喷管流场计算和风洞运行能力分析,评估了电弧风洞模拟探测器进入CO2大气环境时的防热试验能力。首先采用平衡常数法计算分析CO2气体在不同温度和压力下的平衡成分,接着利用一维等熵理想气体模型分析喷管内平衡流和冻结流2种流态下的流场参数,最后计算CO2介质运行时喷管出口的驻点参数,评估驻点压力和驻点热流的包络性能。结果表明:电弧风洞CO2介质运行时气流在加热器内含碳量高达30%,并可能在水冷壁上沉积,降低设备绝缘性能和换热效率,给设备安全运行带来隐患;在平衡流和冻结流2种流态下,喷管出口气流中均含有CO和O2,且CO含量高达50%,为保护下游的真空设备和人员安全,防止反应生成的CO浓度达到爆炸极限,给出了在扩压器补充惰性气体钝化的初步方案。     

弓网电弧辐射特性及对机场下滑信标的影响

为获得弓网电弧辐射特性及从理论上分析其对机场下滑信标的影响。选择典型电气化动车线路,首先基于CISPR16-1标准,利用电磁干扰接收机对电分相和普通点处的弓网电弧电磁辐射进行点频测试,获得了其在下滑信标台频谱内的辐射特性,然后基于电波传播理论,以电气化轨道平行跑道为例,分析了弓网电弧电磁辐射对飞机导航的影响。结果表明：电弧电磁辐射具有一定的随机特性,普通点处产生的电磁辐射场强小于电分相处;普通点的电磁辐射不会对飞机的导航产生干扰;当轨道距跑道中心的距离分别为700、120和60 m时,电分相拉弧点距下滑信标台天线的距离应分别小于3 291、546和249 m时才不会对飞机的导航产生干扰。本结果能够为轨道电气化和民用航空这两大工业体系在机场区域的电磁兼容性设计提供依据。     

刷丝压力对滑环瞬断的影响

以研究刷丝压力与动态接触电阻的关系为基础,研究了不同工况下、不同摩擦副、不同刷丝压力下的瞬断情况。通过对不同工况、不同摩擦副下的刷丝压力与动态电阻变化量关系的研究,拟合出动态接触电阻变化量与刷丝压力的关系曲线,并在此基础上研究刷丝压力与瞬断的关系。     

回转体自动铺丝轨迹规划与覆盖性分析

针对航空航天工业领域的复合材料回转体类构件,研究了回转体自动铺丝轨迹规划和 覆盖性问题。应用一般回转体的数学模型,建立了基于解析解的自动铺丝轨迹规划模型。在 此基础上,利用测地线的特性,建立了相邻铺丝轨迹中心线之间距离与丝数的对应关系,提 出了一种覆盖性分析方法以处理可能出现的丝束重叠或空隙。根据上述算法,开发了CATIA
V5R18环境下的回转体复合材料CAD软件,并进行了实例验证。结果表明：生成的铺丝轨迹效 果较好,裁剪后的丝束能均匀覆盖在构件表面,满足工艺设计要求和工程需要。
     

铸铁结合剂微粉金刚石砂轮的在线电解修整的试验研究

针对硬脆材料光滑磨削表面的要求,在MM7120A精密平面磨床上自行制作了一套ELID磨削装置,并对铸铁结合剂微粉金刚石砂轮在线电解修整技术进行了试验研究。建立了电解参数对微粉砂轮表面修整形貌的影响关系,提出了ELID的双重作用特性,即微量修锐和精密整形,并发现了电解膜在硬脆材料磨削过程中的重要功效。