斜切对抑制引射式波瓣喷管内部流动分离的效果研究

 为了了解大扩张波瓣流动分离及其控制方法,对引射式波瓣混合器的扩张角与波瓣内部流动分离的关系进行了研究,得到了引射式波瓣混合器出现分离的临界瓣角,进而提出了对存在流动分离的波瓣喷管进行斜切处理的方法,有效地抑制了引射式大扩张角波瓣喷管主流侧瓣顶内存在的流动分离现象,同时还对斜切波瓣与存在流动分离的基准波瓣喷管的引射系数和波瓣出口处的总压损失进行了研究。总的来看,对于存在主流侧流动分离的引射式大瓣角波瓣喷管而言,斜切处理一种是提高其引射效果、降低流动损失的合理方案。     

有限翼展机翼失速特性控制研究

针对有限翼展机翼大迎角下的流动分离情况,研究了一种新型流动控制技术———流动偏转器。通过风洞实验和数值计算相结合的方法,既验证了计算的准确性,又阐述了流动偏转器可改善机翼大迎角失速特性的作用。通过对流动方向变化规律和翼面边界层的深入研究,探寻了流动偏转器的控制原理:使来流向机翼吸力面偏转;削弱机翼前缘附近流动的三维效应使流动趋近二元化;使边界层内速度型变得饱满,减小速度型形状因子H12,增大速度型的稳定性,抑制流动分离。     

基于图论的燃油管路稳态流动计算方法

基于节点分析法,提出将局部损失并入相应管段的处理方法,推导阻力计算公式,从而得到兼顾沿程和局部损失的稳态流动计算方法。将该计算方法应用于实际的航空发动机燃油管路,采用VB.NET语言编写计算软件;同时,对燃油管路开展三维数值模拟计算。结果表明:局部损失对管路的流量分配影响较大;该计算方法得到的流量分配与数值计算结果趋势吻合很好,差别在±10%。      

基于背景纹影技术的随机介质折射率场测量

针对光线通过复杂流场时产生的光传输效应问题,提出了基于背景纹影技术的复杂折射率场测量方法,给出了根据粒子图像偏移量求解折射率场分布的计算方法和推导过程,并对该方法的分辨率与灵敏度进行了理论分析。在此基础上,对火焰上方折射率场的分布进行了实验测量,利用粒子图像测量(PIV)技术对实验图像进行处理。结果表明:实验测量得到的空气折射率最大值为100029,最小值为100009,测量有效值小于00001。表明该方法具有较高的测量精度,能够有效实现复杂折射率场的实时精确测量。      

复杂内筋铝筒段旋压变形规律和再结晶组织演变数值仿真

流动旋压是一种先进的内筋薄壁筒段整体近净成形方法。本文运用数值仿真方法研究多级筋铝合金筒段热旋压过程中材料流变规律和组织演变特性。将内变量型2219铝合金本构模型嵌入ABAQUS仿真平台建立了准确反映宏观流变和微观晶粒演变的热旋压仿真模型,完成了具有多级特征的内筋筒段旋压成形规律分析。研究表明在减薄率为50%、温度为300℃的旋压参数下,随内筋宽度增加材料由“挤压”式转变为“塌陷”式填充内筋,筋槽内材料变形量下降,筋槽内材料晶粒大小不均匀性增加;窄筋在250℃下的晶粒尺寸明显小于其在350℃下的,而宽筋在250～350℃下的晶粒尺寸较为接近,成形温度对窄筋晶粒大小有明显影响,而对较宽内筋的影响有限。     

左行运动激波主导的管内流动特性研究

为了分析左行运动激波主导的管内流动特征,本文采用非定常数值仿真方法,对亚声速进口条件下等直管道内左行运动激波传播与演化特性、左行运动激波/边界层干扰特征开展研究。研究结果表明：在出口周期性强压力脉动干扰下管内存在连续的左行运动激波,该左行运动激波传播特征具有相似性,激波强度、传播速度按幂函数规律衰减。气流经过左行运动激波后总压、总温、静压阶跃式升高,随后受膨胀波影响气流总压、总温、静压下降;左行运动激波/边界层干扰诱发形成翼型回流区,该回流区随运动激波强度衰减逐渐减小。理论与数值分析表明存在左行运动激波后速度为零和运动激波两侧总压相等的两个临界状态。波前马赫数低于临界值或左行运动激波强度高于临界值时,左行运动激波后为倒流、波后总压高于波前。     

超声速飞行器减阻盘与逆向喷流组合构型减阻防热性能研究

为降低超声速飞行器气动力和热载荷,采用数值方法对应用减阻盘与逆向喷流组合构型的钝体飞行器的气动性能进行了研究。首先,对仿真计算模型和数值计算方法进行了简要介绍。然后,进行了网格无关性校验和数值方法校验。最后,开展了仿真验证,分析了喷嘴直径比、减阻杆长径比、减阻盘直径比和逆向喷流总压比对减阻和防热性能的影响规律。研究结果表明：增加喷嘴直径比,减阻和防热效率均增大;增加减阻杆长径比,减阻和防热效率均先减小后增大;减阻盘直径比对减阻和防热性能影响不大;增加逆向喷流总压比可以显著改善防热性能,但会降低减阻效率。适当选取减阻盘与逆向喷流参数,最优构型可达到40.9%的减阻效率,同时防热效率达到72.2%。     

凹腔对高超声速边界层稳定性的影响

凹腔广泛存在于航空航天飞行器表面,如部件安装缝隙、高温烧蚀剥离等,对边界层转捩过程具有重要影响,是飞行器气动设计需要重点考虑的因素之一。为了探究不同尺度凹腔对边界层扰动波的影响规律,本文在固定来流条件下针对不同尺度的壁面凹腔,采用线性稳定性分析和高精度直接数值模拟,研究了高超声速（Ma=5.92）和超声速（Ma=1.38）边界层内扰动波经过凹腔的演化过程。结果表明：凹腔内部存在较强的回流区,其涡结构随着凹腔尺寸的增大变得复杂。对于高超声速流动,当凹腔位于快慢模态同步点上游时会促进扰动波发展,而位于同步点附近或下游时则起到抑制作用,且当凹腔位于同步点位置时抑制效果最佳;增加凹腔尺度（宽度或深度）会强化其对扰动波的控制效果。对于超声速流动,在不稳定区间范围内凹腔总是促进扰动波增长,并且随着凹腔尺度的增加促进效果增强。当凹腔尺度超过临界值后,凹腔内流动会发生自激振荡,进而给下游边界层引入新的扰动源,促进转捩的发生。本文研究结果对飞行器表面气动设计与热防护提供了重要参考。     

双S弯喷管流动特性及红外辐射特性分析

基于分区控制技术,发展了型面易控的双S弯喷管型面设计方法,用CFD数值模拟技术,对双S弯喷管的流动特性进行了数值模拟.采用信息通道界面(MPI)并行算法编写了基于离散传递法的红外辐射特性计算程序,对双S弯喷管红外辐射特性进行了计算,并与具有相同进出口面积的轴对称收缩喷管的红外辐射特性进行了对比.研究表明:双S弯喷管宽边探测面红外辐射强度低于窄边探测面红外辐射强度,最大幅度为80%;与轴对称收缩喷管相比,双S弯喷管红外辐射强度明显降低,尤其在宽边探测面的30°~40°探测方向上,比轴对称收缩喷管的红外辐射强度低大约30%.      

声激励下的剪切流稳定性

受控小扰动对流动稳定性与流场结构的调制作用具有潜在价值,但机理和失稳过程目前尚未完全明确。采用格子Boltzmann数值方法,对声场扰动条件下平行剪切流失稳过程开展了直接模拟研究,探讨了流动失稳的机理。研究表明,点源声场作用下的剪切流失稳形式依赖于激励声波的波长—文中定义为长波模式和短波模式,声波振幅的空间分布不均匀性是剪切层失稳的重要诱因。在短波模式下,受多普勒效应影响,剪切层上下两侧声波叠加效应导致流动上游区域压力脉动的波包结构;该结构的波长与剪切层失稳波长匹配,诱导流动失稳发生。在长波模式下,剪切层上声源垂直入射区首先失稳,剪切层对声波反射的方向选择性导致声压波动振幅分布的对称性破缺,且失稳区压力波动波长随时间推进而逐渐减小。当该波长落入剪切层失稳波长范围内时,剪切层流动开始失稳。