苏通大桥实测强风湍流积分尺度的对比研究

湍流积分尺度是体现风特性的重要指标之一,而现场实测是获得工程结构准确可靠的风特性的唯一有效手段.本文利用苏通大桥结构健康监测系统(SHMS)采集的风特性数据库,选取该桥址区2008年夏季的“凤凰”、“海鸥”台风及冬季北风为样本进行强风特性分析.其中采用4种常用计算方法重点研究了桥址区强风的积分尺度,并对比了不同方法的计算结果以验证其可靠性.最后分析了湍流积分尺度随高度和平均风速等的变化规律.结果表明:湍流积分尺度与风速之间无确定关系,塔顶湍流积分尺度较跨中大.分析结果充实了苏通大桥风特性数据库,可为湍流积分尺度的分析计算提供参考,并为苏通大桥的强风环境和抗风评估提供了实测依据.     

超声速可调进气道内流双解现象及其节流特性

为研究超声速可调进气道喉道调节过程中的内流结构及节流特性,设计了工作马赫数范围为0～4的超声速可调进气道,在来流马赫数为2.9的风洞中借助高速纹影观测系统和动态压力测量系统开展了试验研究。结果表明当内收缩比（ICR）为1.79时,进气道通流流场存在设计和非设计流态的内流双解现象。其中,在设计流态下进气道内通道中的波系结构正常建立;而在非设计流态下进气道内收缩段中存在局部分离诱导的复杂波系结构,导致其整体压升高于设计流态,并存在宽频、低频的小幅振荡。此外设计和非设计流态下进气道的下游节流性能相当,其临界堵塞度分别为42.4%和41.7%,临界压比分别为15.8和16.0。在两类流态的下游节流过程中扰动均以结尾斜激波串的形式向上游传播,且临界状态下激波串头波刚好位于喉道附近,但两类流态的结尾激波串在空间分布特征和振荡特性上均存在明显区别。     

引气结构对二元塞式喷管冷却和红外辐射特性的影响

为降低加力状态下二元塞锥表面温度和喷管红外辐射强度,对塞锥进行冷却结构设计。采用数值模拟的方法对比分析了引气结构、冷却通道高度和冷气入口总压比对塞锥冷却和喷管红外辐射特性的影响。结果表明：塞锥冷却后其表面温度和喷管红外辐射强度显著降低;引气腔内无冲击板时,引气角度的改变引起射流核心区位置的变化,造成塞锥头部和前缘展向温度分布差异明显,引气角度为90°时塞锥表面最高温度要比30°和60°的模型高50K;加装冲击板后,冷却通道内的流量分配和塞锥前缘的展向温度分布得到有效改善、塞锥头部的换热得以增强,但同时会引起较大的总压损失,因此相同入口总压比下,加装冲击板后冷却流量降低、塞锥外表面温度升高;随着冷却通道高度增大,冷气流量增加、流速降低,故存在一个最佳通道高度使得塞锥冷却效果最好;以塞锥无冷却为基准,入口总压比为1.0～1.8时,塞锥外表面最高温度降低了470～590K,0°探测角上红外辐射强度降低了25%～33%。     

涡轮叶片通道内部V型间断肋的传热特性研究

通过模拟仿真的方法研究了涡轮叶片通道内部V型间断肋的传热特性。主要探究了各结构参数（间断位置,分离肋长度,分离肋后置距离）对通道的传热性能影响。结果表明：相对于传统的扰流肋结构（直肋,60°斜肋,60°V型肋）,V型间断肋在壁面平均相对努塞尔数,综合传热系数以及温度分布均匀性上更具优势。通过改变间断参数,能大幅提高V型间断肋的综合传热系数。在研究的参数范围内,当间断位置为2.5 mm,分离肋长度为10.0 mm,分离肋后置距离为9.6 mm时,通道具有最佳的传热性能。在雷诺数为30 000下,与带有直肋的通道相比,优化后的V型间断肋的平均努塞尔数提高了35.75%,综合传热系数上升了28.95%。     

高速轻载圆柱滚子轴承打滑特性试验与分析

针对航空发动机圆柱滚子轴承在高速轻载条件下的打滑问题,开展试验与理论研究。基于滚动轴承打滑试验,探究内圈转速、径向载荷对轴承打滑特性的影响。同时考虑轴承工作径向游隙变化,求解滚子受力情况与轴承总力矩,并结合试验结果进行分析。研究表明,轴承内圈转速低于10 000 r/min时,径向载荷增大使轴承工作径向游隙增大,同时加剧轴承打滑程度。随着内圈转速升高,轴承工作径向游隙逐渐减小;存在内圈临界转速,此时轴承打滑率最大。不同径向载荷下内圈临界转速有所差别,本次试验所得内圈临界转速在7 000～8 000 r/min之间。轴承整体滚子的总力矩直接影响轴承打滑程度。     

可重复使用运载火箭返回段低温流体行为特性

可重复使用运载火箭在返回段复杂干扰作用下,贮箱内低温推进剂与高温气枕剧烈掺混,造成贮箱压力下降、推进剂温度升高等问题。针对垂直起降（VTVL）运载火箭返回段推进剂掺混及重定位过程开展研究,首次建立了液氧掺混后行为特性仿真模型并通过加速落塔试验进行验证,研究垂直起降运载火箭返回段复杂干扰作用下低温流体行为特性,获得推进剂形态、贮箱压力、推进剂温度及蒸发量等变化规律,为推进剂管理系统及增补压方案设计提供支撑。     

基于黏性涡粒子尾迹模型的高速直升机配平特性分析

刚性旋翼高速直升机旋翼间复杂的尾迹干扰作用会影响其配平特性。针对这一问题,本文采用黏性涡粒子方法来精确计算上下旋翼复杂尾迹流场下的诱导速度,桨叶环量则采用涡面元法进行求解,两种方法耦合建立了尾迹模型。基于此尾迹模型进行高速直升机飞行动力学建模,包括结合刚性旋翼挥舞运动模型和变距操纵模型的旋翼尾迹气动力建模、机身以及平/垂尾气动力建模。同时与风洞试验结果对比,先验证了旋翼气动力模型的准确性,在此基础上,以XH-59A直升机为研究对象,计算得到了0～80m/s速度下的配平特性结果,与飞行试验数据对比良好,验证了飞行动力学模型的有效性。最后分析了悬停及低速前飞时旋翼间尾迹流场干扰对全机配平特性的影响。     

燃油喷雾对某小发环形回流燃烧室燃烧特性影响

为研究燃油喷雾特性对某小发环形回流燃烧室主燃区燃烧特性的影响,采用数值模拟的方法,对环涡形燃烧室内燃油喷嘴伸入火焰筒的深度和喷雾偏转角度对燃烧室内的三维两相喷雾、燃烧特性进行了研究。结果表明：喷嘴位置和角度的变化,会导致燃油雾化性能的变化,从而引起燃烧特性的变化;随着喷嘴伸入火焰筒的深度变短,会导致高温区变窄且靠近火焰筒外壁,深度变长则会导致主燃区高温区减小且燃烧不充分;喷雾偏转角度顺时针旋转可使燃油在主燃区燃烧得更加充分。     

变转速旋翼气动特性分析及试验研究

直升机旋翼以固定不变的转速工作,仅能使有限状态的旋翼效率达到最优,而通过旋翼转速的变化,可以实现不同飞行状态下的旋翼效率最优.为了研究不同旋翼转速时的旋翼气动特性,首先建立了适合旋翼在低转速飞行情况下的气动特性分析模型,该模型包含了Leishman-Beddoes非定常动态失速模型与适合于低马赫数(Ma＜0.3)分析的Sheng失速修正模型;其次,在低速风洞2.5m旋翼模型试验台上试验研究了模型旋翼的悬停效率及前飞需用功率与旋翼转速之间的关系.试验与计算结果的对比表明:所建立的气动分析模型能够准确地计算旋翼在低转速情况下的气动特性;通过优化旋翼转速,增大了桨叶剖面迎角,提高了桨叶剖面的升阻比;并且当旋翼以最优转速旋转时,模型旋翼的悬停效率最大可以提高32％,前飞需用功率最大可以降低22％.     

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%.