Falkner-Skan流空间演化的二次稳定性研究

依据Floquet理论建立三维亚谐扰动的控制方程，研究Falkner-Skan流的二次稳定性问题。采用高精度的谱方法进行数值模拟，结合边界层特性有效地配置边界条件，引入不同类型压力梯度，研究在压力梯度下的二维有限振幅的Tollmien-Schlichting（TS）波对三维亚谐扰动的产生、发展和演化的作用和影响。结果表明，顺压梯度的存在可以减缓二次不稳定的发生和演化，而逆压梯度却加速了二次不稳定性。     

核磁共振陀螺信号仿真及噪声分析

核磁共振陀螺具有体积小、精度高、功耗低等优势,有望成为下一代惯性导航系统的核心部件,目前正受到人们的广泛关注。比较全面的介绍了核磁共振陀螺的基本理论,在此基础上利用时间离散化方法推导并建立了能够充分考虑核磁共振陀螺系统动态特性的仿真模型。利用该模型研究分析了锁相环相位、磁场、温度以及探测光强在1×10-5均方根幅度下均匀白噪声对陀螺信号的影响,发现它们对角随机游走、零偏不稳定性影响依次减小,且都具有自身独特的频率响应特性。其中,锁相环相位噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为5.1985×102(°)/h1/2、3.4593×103(°)/h,而探测光强噪声引起的角随机游走与零偏不稳定性分别为3.1623×10-1(°)/h1/2、4.7603×10-1(°)/h。该研究对深入分析核磁共振陀螺动力学机理、寻找主要噪声来源、提高陀螺性能具有重要意义。     

突加高能载荷作用下航空发动机结构动态响应及安全性综述

航空发动机在服役期间可能遭受鸟撞、叶片丢失等突加高能载荷的作用,造成发动机整机/部件动力学特性恶化和关键构件的损伤,危及发动机的结构安全性。本文从突加高能载荷复现方法与传递规律、突加高能载荷作用下转子/整机结构响应研究、突加高能载荷作用下关键构件损伤机理三个方面综述了现有研究工作,并针对近年来发展的抗突加高能载荷的安全性设计方法进行了探讨,最后分析了突加高能载荷问题的科学本质及发展趋势,为突加高能载荷作用下航空发动机安全性设计提供了重要参考。     

非线性二元机翼气动弹性近似解析研究

 建立了不可压流动中多项式迟滞非线性二元机翼的气动弹性运动方程,然后利用谐波平衡法进行了求解。与数值积分结果比较分析表明,在系统发生二次分叉以前,谐波平衡法可以准确地预测极限环振荡的频率和振幅,通过频谱分析与时间响应历程讨论了谐波平衡法产生误差的原因。另外还研究了弹性轴位置对颤振特性的影响,随着弹性轴不断靠近翼弦中点,俯仰振幅不断增大,而沉浮振幅则存在一个极小值点。     

The Full Flowpath Analysis of a Hypersonic Vehicle

对一种类X43-A吸气式高超飞行器全流道开展了M7一级的三维数值仿真研究,深入探索了进气道处于起动状态和不起动状态时全流道的冷流流场结构和和气动力特性,且部分结果与实验数据进行了对比。研究结果表明:(1)前体横截面上存在显著的展向压强梯度,使得经过预压缩的气流偏离了进气道进口,但同时也减少了进入内通道的边界层气流,提高了进口流场的品质;(2)后体喷流股的膨胀过程受到了周围外流的显著干扰,因而沿流动方向其截面形状不断发生变化,如在喷口附近为近似矩形,而在后体末端附近则演化为近似三角形;(3)当进气道处于不起动状态时,其全流道流动结构发生了显著变化,进气道的外部压缩波系往复振荡,尾喷管出口的喷流股也在不停的膨胀和收缩,具有极强的非定常特征;(4)当进气道处于不起动状态时,全机的气动力特性呈周期性变化,升阻比的变化幅度较大,在最大、最小值分别可达起动状态的2倍和1/4倍。另外,升力、阻力系数的变化曲线之间存在一定的相位差;(5)与实验结果的对照表明,所采用的数值仿真方法具有较高的精度。     

Hydrodynamic instabilities and transverse waves in propagation mechanism of gaseous detonations

The present study examines the role of transverse waves and hydrodynamic instabilities mainly, Richtmyer–Meshkov instability (RMI) and Kelvin–Helmholtz instability (KHI) in detonation structure using two-dimensional high-resolution numerical simulations of Euler equations. To compare the numerical results with those of experiments, Navier–Stokes simulations are also performed by utilizing the effect of diffusion in highly irregular detonations. Results for both moderate and low activation energy mixtures reveal that upon collision of two triple points a pair of forward and backward facing jets is formed. As the jets spread, they undergo Richtmyer–Meshkov instability. The drastic growth of the forward jet found to have profound role in re-acceleration of the detonation wave at the end of a detonation cell cycle. For irregular detonations, the transverse waves found to have substantial role in propagation mechanism of such detonations. In regular detonations, the lead shock ignites all the gases passing through it, hence, the transverse waves and hydrodynamic instabilities do not play crucial role in propagation mechanism of such regular detonations. In comparison with previous numerical simulations present simulation using single-step kinetics shows a distinct keystone-shaped region at the end of the detonation cell.     

Heliopause stability revisited: dispersion analysis and numerical simulations

The heliopause, a surface separating the tenuous hot heliosheath flow and the dense, strongly magnetized interstellar flow, is subject to instabilities of the Rayleigh–Taylor and Kelvin–Helmholtz types. The dynamic evolution of this discontinuity is of considerable importance for understanding the neutral atom and cosmic-ray filtration at the interface. Here, we investigate the stability of the upwind heliopause in the presence of charge exchange collisions using both an analytic (dispersion relation) approach and a numerical model that includes the interstellar magnetic field. The linear analysis yields a cubic dispersion relation that admits imaginary solutions for the full range of wavenumbers, implying that the stagnation point on the heliopause is unconditionally Rayleigh–Taylor unstable to small perturbations propagating parallel to the discontinuity surface. We confirm this result by following the nonlinear development of the instability with a time-dependent simulation using a four fluid MHD-neutral numerical code. For the typical solar wind and LISM conditions, we obtain cyclical evolution of the upwind heliopause with a period of the order of 100 years. We also identify two areas of space physics where the instability may have important implications.     

某涡喷发动机压气机气动失稳过程的非线性分析

对某涡喷发动机压气机的气动失稳过程进行了相关积分分析。对节流过程中压气机静压信号进行延时嵌入重构,发现失稳过程中重构相空间的吸引子结构发生了显著变化;应用相关积分值作为压气机内部流动状况变化的评价指标,发现节流过程中压气机第1级端部的流动最先发生不稳定,随后第2级先于第3,4级发生不稳定征兆;1,2级的失速类型为渐进型失速,3,4级为突变型失速;第3级叶根最先发生不稳定,且发展较快,最终导致全叶高失速;低通滤波可以提高相关积分方法检测失速征兆的时效性。分析表明,非线性的相关积分分析方法是进行压气机气动失稳过程研究的有效手段。      

连续变速颤振试验信号处理的递推时频分析方法

针对连续变速颤振试验信号的非平稳特点及在线分析需求,提出了一种递推时频分析方法。该方法利用自适应算法跟踪一个时变系统,从而获得具有时变系数的参数化数学模型,进而可得到信号的时变参数谱。数值仿真结果证明了该方法的可行性与优越性,低速风洞气弹模型的连续变速颤振试验验证了该方法的工程应用前景。     

基于Wash-out滤波器技术的机翼颤振控制

研究应用wash-out滤波器技术对具有立方非线性俯仰刚度的二元机翼颤振的控制。首先,确定需要引入Hopf分岔的点,并在该点将原系统方程Jordan化;其次,对于引入的wash-out滤波控制器,先按Hopf分岔条件确定线性控制增益,再用规范型直接法得到受控系统的规范型,由分岔类型与规范型系数的关系确定非线性控制增益,从而将原系统的亚临界Hopf分岔变为超临界Hopf分岔;最后通过数值模拟验证了控制的有效性,并发现受控系统的颤振幅值（极限环大小）大大降低。