传感器表面温度对热流测量的影响

高超声速飞行器热环境测量数据一直是防热设计和考核的基准数据,也是热环境计算方法的考核性数据,其准确性至关重要。针对热流测量中遇到的传感器表面和周边防热材料温度差异而导致的测量数据偏差问题,采用基于Navier-Stokes方程的自研程序开展了详细的气动热环境数值模拟,得到了不同温差条件下传感器表面热环境的分布规律,并根据场协同理论分析了局部热流变化的成因机理,研究了影响热流变化幅值的主要因素。结果表明：①当传感器和其周边材料的温度存在一定的差异时,导致该区域近壁面流场中的压力、密度等特征量梯度增大,改变了传感器当地的法向速度和温度分布,造成了局部热流的剧烈变化。②相同来流马赫数和高度下,来流攻角主要影响法向速度的分布,从而影响气动加热量,攻角越大,相同温差下加热量上升的幅度越小;来流总温主要影响法向温度梯度的分布,从而影响气动加热量,来流总温越大在相同温差条件下加热量上升幅度越小。所开展的研究工作可加深对传感器局部热环境分布规律的认识,避免对测量热流的误判,提升数据判断和分析的可靠性。     

旋流杯近场液雾SMD的空间分布模型

旋流杯液雾的空间分布特性对航空发动机燃烧室燃烧性能至关重要。基于旋流杯燃油雾化的物理过程及其近场液雾索太尔平均直径(SMD)空间分布呈“双峰”或“三峰”分布的基本特点,建立了旋流杯近场液雾SMD空间分布的半经验模型。该模型将旋流杯近场液雾分为中心区和边界区,其中中心区液雾采用离心喷嘴与内旋流的混合型雾化模型,边界区液雾采用文氏管液膜的气动雾化模型,同时将液雾SMD及SMD空间分布与正态分布函数相结合。根据空气压降不同,分别对压力雾化主导及气动雾化主导两种形式的旋流杯液雾SMD空间分布模型进行了验证,并对供液压力及空气压降的影响规律进行了预测分析,预测结果表明:随着供液压力和空气压降的增大,旋流杯液雾SMD呈现整体降低的趋势。     

航空发动机叶盘结构应力和变形的概率分析

为了更准确地描述航空发动机叶盘结构的变形以及控制的合理性,提出了1种高效、高精度的概率分析方法,即极值响应面法(ERSM,Extremum Response Surface Method),在分析中考虑了典型载荷(如热载荷和离心载荷)的动态性和边界条件的非线性等因素,合理地选取输入变量且考虑了参数的随机性和不确定性等,通过确定性分析得到叶盘结构的总变形和应力分布随时间的变化规律,同时找到其变形最大点作为概率分析的输入目标。通过科学合理的概率分析,不仅获得了其可靠度、拟合样本、样本直方图、极值响应面和累计概率分布函数并且对其应力分布和总变形进行灵敏度分析,得到了叶盘结构变形和应力分布的主要影响因素,同时给出了应力与总变形的相关性。最后,将ERSM与Response Surface Method(RSM)和Monte Carlo(MC)法进行比较分析,验证了ERSM在航空发动机叶盘结构分析中的有效性。     

航空装备现场数据可靠性评估方法有效性分析

针对航空高可靠性产品现场故障数据样本量小和经常出现数据删失的问题,分析了平均秩次法与期望-极大值（EM）算法的有效性,给出了这两种方法的适用范围。应用蒙特卡罗仿真方法,在考虑维修的情况下,设计了一种评定可靠性评估方法有效性的仿真方法。该方法以威布尔分布为例,通过飞行年、飞机架数、日利用率的动态变化来模拟产生具有随机删失特点的航空装备现场故障数据,以此来动态驱动样本量和删失比的变化,并分别评估这两种可靠性评估方法的有效性。仿真结果表明,在样本量为10~30时的小样本随机删失数据参数估计中,EM算法应该被优先采用。     

基于Wigner分布和经验模态分解的减速器故障诊断

为了降低全寿命费用和增强飞行安全性,对减速器故障进行检测和故障诊断是非常必要的。减速器振动信号的冲击性振动信号往往可以与故障引起的冲击联系在一起,因此冲击性信号可以作为一个故障的表征形式。为了刻画故障信号,许多研究探索在时频域内寻找微弱的故障特征信号。Wigner分布是最为常用的一种时频分布。然而,故障特征信号经常被其他部件的振动信号和Wigner分布双线性运算固有的交叉项所污染。为了减少这些干扰,本文将Wigner分布与经验模态分解结合起来。不同于传统的直接计算Wigner分布,将经验模态分解作为一个预处理环节。振动信号被分解为一系列固有模态函数。仅仅计算与啮合振动相关的固有模态函数的Wigner分布。这种方法应用于减速器试验台数据,结果表明诊断效果得到了明显提高。      

多元正态分布整体推断方法

提出多元正态分布整体推断方法。通过仿真结果与试验数据有机结合,该方法能够将多个不同状态下的多变量(多指标)的试验数据作为一个整体进行统计分析,给出多元正态分布均值和协方差矩阵的整体估计。文中详细讨论了多个状态下二元正态分布均值和方差的无偏估计和置信区间估计。与传统方法相比,该方法不但具有更高的精度,而且解决了一种状态下只有一个试验数据时多变量(多指标)产品可靠性评定的难题。此外,文中还给出一种均值和方差仿真结果的极小子样检验方法。      

飞机结构腐蚀损伤分布及失效规律研究

针对现役飞机结构腐蚀损伤,选取正态分布、Gumbel第一型极值分布、Logistic分布、双参数Weibull分布以及三参数Weibull分布进行统计特征研究。结果表明,腐蚀深度数据均较好地服从以上五种分布规律,其中三参数Weibull分布的相关系数最高。根据三参数Weibull分布得到的95%置信度下不同使用日历年限的腐蚀深度数据,利用Origin7.5软件对数据进行拟合,得到防护涂层有效期约为4年。     

高超声速飞行器前体/冲压发动机一体化气动热实验研究

以超燃冲压发动机为动力的飞行器,由于飞行速度的增加,气动加热增强,而且在高马赫数范围内,冲压发动机燃烧室的滞止温度也是很高的.通过风洞实验,采用铂膜电阻温度计热流测量技术,开展了来流马赫数6.4和马赫数4.0两种状态下的热流分布规律研究,给出了前体、中支板及内通道的热流实验结果,研究了边界层流动状态、边界层抽吸、激波反射对热流分布的影响.实验结果表明,边界层流动状态对热流分布产生显著的影响,前体湍流热流值约为层流热流值的3.3倍;边界层抽吸会引起热流率增加;激波反射和激波加热对热流分布影响显著,马赫数越大激波加热越强.     

三维旋转水平轴风力机流场的PIV试验和数值模拟

通过粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)测量和定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟相结合的方法,对某三维旋转水平轴风力机模型的流场展开研究。在风洞开口实验段,来流风速为8m/s,针对不同尖速比(λ=4,8)利用PIV技术对风力机叶片的瞬时速度场进行测试。通过定常CFD数值模拟,获得了风力机叶片在相应工况下的流场细节。在8m/s来流风速下,当尖速比大于7.4时,试验测得的风轮扭矩和风能利用率与数值模拟结果趋于一致。尖速比小于7.4时,试验测得的扭矩值低于计算值,其风能利用效率也较低。通过速度矢量分布可以看出,在λ=4时,PIV测得靠近叶根的两个截面S1,S2在叶背有明显的流动分离,CFD结果中仅在S1截面叶背存在流动分离,S2截面叶背存在低速区。在λ=9.8时,PIV和CFD结果均显示叶片绕流流场没有流动分离。尝试采用Gamma Theta转捩模型进行了数值模拟,在考虑了层流影响后,计算所得风轮扭矩更加接近试验值。     

基于遗传算法的混合威布尔分布参数最小二乘估计

混合威布尔分布模型常用来分析具有多种失效模式的复杂系统的可靠性数据,由于模型中包含较多参数,与单一威布尔分布相比,混合威布尔分布的参数估计更为复杂。利用遗传算法为优化方法,提出了一种混合威布尔分布参数估计的最小二乘方法。以残差平方和最小为优化目标,以各参数取值范围为约束条件,构建了混合威布尔分布的非线性最小二乘优化模型;通过变换决策变量上下限、引入惩罚因子和保存最优个体等策略改进传统遗传算法以提高算法的性能,进而利用改进后的遗传优化算法对混合威布尔分布的非线性最小二乘优化模型进行求解。实例分析表明本文方法有效,利用本文方法计算得到的可靠度估计值与真实值之间的最大偏差和标准均方根误差,相对于图估计法分别减少了0.028 4与0.032 8,相对于极大似然估计法分别减少了0.000 8与0.003 6。