空气涡轮起动机性能数值仿真和试验研究

为提高某型空气涡轮起动机的性能,采用数值仿真和试验相结合的方法,开展了某型空气涡轮起动机气动性能和流场仿真的研究,并完成了优化设计。数值仿真结果表明,进气弯管内侧存在明显的流动分离,导致下游流场均匀性恶化,导向器叶片和转子叶片表面均存在一定的附面层分离,排气框架未充分考虑流动的顺畅性,最终造成空气涡轮起动机性能偏低。数值仿真和试验结果的对比表明,数值仿真获得的空气流量比试验低1.90%左右,涡轮功率高1.04%左右。数值仿真和试验符合较好,采用这种数值仿真方法研究空气涡轮起动机具有较高的准确性,对导向器叶片进行了优化设计,显著提升了空气涡轮的性能,优化后功率比原型增加了14.2%。     

旋转子母弹后抛撒风洞试验研究

常规兵器子母弹中,母弹旋转,子弹采用后抛撒方式抛撒。为了求得子母弹间的干扰气动力,初步发展了一套采用动力相似法准则、母弹旋转子弹抛撒的子母弹抛撒风洞模拟试验技术。结果显示,采用该技术可以求得旋转后抛撒子母弹的干扰气动力。     

瞬态浓度场的熵与混沌特征实验研究

为了探讨瞬态浓度场的熵特征及其是否具有混沌特征,利用基于数字图像处理技术和光学粒子散射理论的瞬态浓度场光学测量系统,获得了浓度场的二维时间和空间湍流信息,运用这些信息首次定量分析了瞬态浓度场的混沌特征,首次提出了浓度场信息熵理论及其非线性度量方法并进行了定量计算。运用实验数据时间序列计算了信息熵以及信息熵和浓度脉动时间序列的嵌入维数、关联维数、Kolmogorov熵和最大Lyapunov指数。结果表明,瞬态浓度场具有低维混沌特征,其脉动信息熵时间序列也是混沌的。     

升力体高超声速飞行器横向气动特性研究

升力体高超声速飞行器具有较高升阻比,但稳定性尤其是横侧向稳定性差,研究表明,在横侧向两个方向中,横向稳定性更弱。为了深入理解升力体高超声速飞行器最薄弱的横向稳定性问题,进行了两种典型升力体高超声速飞行器滚转动稳定特性的风洞试验研究。试验采用自由振动方法,试验马赫数5和6,单位雷诺数分别为Re/L=2.3×107和2.0×107。试验结果表明:升力体模型一在小迎角就出现自激振动,判断是由于头部存在非对称转捩引起,通过在模型前体顺气流方向布置绊线促使流动在绊线处对称转捩的方式,有效抑制了模型的自激振动,并使受激后的滚转自由振动曲线线性增强,滚转动态稳定性增加;升力体试验模型二的滚转非定常气动力的试验中模型的振荡具有较强多频谱和周期性特征,对该试验模型加绊线前多种状态的滚转非定常振动曲线进行的谱分析发现,它们都存在除机械阻尼外的3个振动频率,说明高超声速横向绕流有3个特征尺度,即横向分离或转捩流动有3个不同的尺度。建立由这3个振动频率余弦和形式表达的滚转力矩数学模型。从数学模型值与相应气动数据的对比来看,3个振动频率建立的数学模型捕捉了升力体高超声速飞行器滚转非定常气动力试验曲线的基本趋势,也涵盖了滚转力矩主要的量值范围。     

水上飞机在波浪上运动响应特性试验研究

开展水上飞机带动力模型规则波试验,对试验装置、采集方式进行了设计,解决了常规采集方式存在信号阶跃式突变的技术难题。通过试验得到了模型在波浪上运动时纵摇、升沉和过载响应曲线随遭遇频率、波长的变化规律。结果表明:纵摇和升沉运动响应曲线具有单峰值的特点,在波长为1.5~3.5倍机身长度时达到峰值,过载响应曲线具有双峰值,第一谐振波长在1.5~3.5倍机身长度范围内,第二谐振波长为0.5倍机身长度。根据模型运动响应特性,对飞机在涌浪上的运动响应进行了分析,对飞机在涌浪上起降使用环境的选择提出了参考意见。     

基于DOE的某异型喷管结构优化减重研究

针对某异型喷管结构特点,采用实验设计(Design of experiment,DOE)中的全因子实验设计方法,建立优化数据模型,经过仿真计算和规律分析,最后使用多目标优化方法优化异型喷管结构参数,使其最大应力、最大变形及质量都取得合适值。此项研究选取异型喷管的三个主要构成因子——加强环高度、加强环厚度和喷管壁厚,经过分析这三个因子分别对该异型喷管的质量、最大应力和最大变形等响应目标的影响规律,从而得出传递函数,最终利用响应优化器求出最优解因子组合。该项研究得出：在保证强度使用要求的情况下,异型喷管的质量同比减轻24.45%。     

中心突扩燃烧室PIV实验研究

利用PIV技术对两种不同尺寸的中心突扩燃烧室在不同入口速度条件下的冷态流场进行了实验研究,测量并分析了流场结构与来流速度、突扩比、喷管收缩段等因素的关系.实验结果表明利用PIV技术能较好地获得高速条件下燃烧室二维速度场;对于不同突扩比的燃烧室,突扩面后的流场结构类似,但回流区的最大负速度与入口速度的比例关系不同;在喷管人口处,流场在此处重新形成旋涡,其直径较大,但强度相对较弱.     

半柔壁喷管初步实验研究

为了验证跨超声速风洞半柔壁喷管的气动设计结果,在试验平台上经过对喷管的动调,完成了半柔壁喷管的性能测试研究.得到如下初步结论:所使用的半柔壁喷管气动设计方法有效可行,马赫数调节范围及喷管流场均匀性指标达到设计要求;通过对喷管的动调,喷管第一菱形区的马赫数均方根偏差可降低30%~40%;在风洞吹风过程中,可实现喷管马赫数的连续变化功能,在喷管型面调节速度适当时,试验段流场均匀性指标与喷管固定型面时相当.     

复杂结构振动试验有效性分析

针对目前振动台试验中的"过试验"和"欠试验"现象,以星箭系统级结构简化缩比模型及卫星结构简化缩比模型为对象,从简单模型基础激励下的理论分析出发,研究了单卫星振动试验时界面响应及星上振动响应与系统级试验的差别,探讨了振动台试验出现天地不一致的原因及其合理应用范围。     

密度比对涡轮叶片气膜孔流量系数的影响

试验测量了某涡轮工作叶片表面不同位置气膜孔在不同密度比、吹风比和雷诺数下的流量系数,分析了各种因素对流量系数的影响程度,重点研究了二次流-主流密度比对流量系数的影响.试验结果表明:(1)密度比对不同位置气膜孔流量系数的影响也有差别:在吸力面、前缘等位置密度比对气膜孔流量系数影响较大;在压力面密度比对气膜孔流量系数影响较小.(2)以往采用空气作为主流及二次流,在低温差下进行试验所获的流量系数在用于涡轮叶片气膜冷却的实际情况时,必须进行修正.