火星大气环境下发动机喷流对飞行器气动特性的影响分析

本文采用计算流体力学(CFD)方法模拟火星大气参数和发动机喷流,研究火星大气对飞行器气动特性的影响,针对发动机喷流对火星大气环境下细长体飞行器的气动特性影响开展了研究。计算结果表明:相较地球大气,火星大气环境计算出的轴向力系数更大,压心系数在跨声速段波动更小。为了进行精细化的火星飞行器气动外形设计,需要进一步优化火星大气计算模型,更加真实地模拟火星大气环境带来的影响。火星大气环境下的发动机喷流也会显著改变上升飞行器的全箭气动特性,影响飞行器表面的压力分布和下游流场区域。火星飞行器受到喷流影响,轴向力系数在Ma=5前变小,在Ma=5后变大,法向力系数以及压心系数在跨声速段会突然减小。     

压气机线性振荡叶栅气弹试验研究（一）：非定常气动响应

 为了加强对叶轮机三维气动弹性机理的理解,为数值模拟方法提供试验验证数据,开展了压气机线性叶栅气动弹性试验研究。本研究分为两部分,本文为第1部分,研究压气机线性振荡叶栅的气弹稳定性,第2部分重点辨别叶尖间隙对此振荡叶栅气弹稳定性的影响。组建了线性叶栅试验台,其试验段由7个真实可控扩散叶型组成,中间叶片由凸轮机构驱动模拟三维一阶弯曲振动。使用外置压力传感器在6个叶高处测量叶片表面的定常压力分布和3个折合频率下叶片表面非定常压力分布。由管传递函数修正连接管造成的非定常信号失真。运用影响系数法构造协调叶栅任意叶片间相位角下的非定常气动响应结果。试验结果表明：非定常气动响应具有完全的三维特征;折合频率和叶片间相位角对叶栅的气动弹性稳定性具有决定性影响。     

CFD/CSD方法分析动力效应对民机气动特性影响

基于Reynolds average Navier-Stockes(RANS)的三维Navier-Stokes流场控制方程耦合结构静力学方程时域分析方法,研究了带有发动机的民用飞机其动力效应对全机气动性能的影响。首先采用数值方法对发动机进排气边界条件进行了模拟,分析了带动力的涡扇发动机模型的流场,并将计算结果与实验进行比较,验证边界条件处理的准确性;以此为基础,考虑结构弹性变形,采用计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合的方法,分别对通气和带动力的翼吊发动机全机的气动性能进行了研究。结果表明:基于通气构型预测的升阻力系数,气动载荷和压心位置与考虑动力效应后的计算结果存在明显不同。弹性变形又会加剧这一差异,使得全机的升阻比下降约12.6%,升力系数下降约8.9%,压心位置后移。数值算例显示,在靠近发动机区域气动载荷受动力效应影响显著,远离该区域,弹性变形效应占主要影响因素,因此在进行带动力效应的民机气动性能分析时,考虑弹性变形的影响是十分必要的。      

电流变液夹层板结构动态特性及振动控制的实验研究

 采用表板为玻璃纤维板的电流变液夹层板进行动态特性试验,分析和研究了含电流变液结构在外加不同电场时电流变液对结构特性的影响以及结构动态反应的变化。试验表明：在电场强度增加的情况下,电流变液夹层板能有效增大结构阻尼,增加固有频率,并较好地抑制结构共振峰,控制结构的动力响应幅值。     

基于浸入式边界方法的运动物体声辐射数值模拟

为了在声学计算中简化网格的处理,从而发展出适用于运动复杂边界问题模拟的计算格式,基于浸入式边界方法,提出了一种适用于无黏流动、无穿透边界条件的处理方法,并对一些简单的运动物体声辐射问题进行了数值模拟.数值结果与解析解得到了令人满意的对比,初步验证了所提出的研究方案的可行性.     

皱褶结构主动冷却热防护系统流热耦合分析

褶皱结构除了承受机械载荷外,由于其特有的空腔结构,特别适合作为高温热结构中主动冷却剂的流 道。通过ANSYS/FLOTRAN软件,用有限元法,首先用ANSYS/FLOTRAN有限元软件建立皱褶结构和冷却液的二 维有限元模型,通过流热耦合分析得到流场和温度场分布以及与之相关的壁面对流换热系数,进而分析不同冷 却剂流动参数和结构参数下的对流换热系数,总结出对应的变化规律。通过研究得出,将皱褶结构应用于主动 冷却热防护系统,可以显著提高系统的冷却效率,总结出的规律对高速飞行器皱褶形式的主动冷却热防护系统 的设计具有一定参考价值。     

航空发动机帽罩热气膜防冰的加热特性

针对复合材料帽罩采用的一种热气膜防冰系统,采用计算流体力学方法研究了其内部冲击换热和外部气膜加热效果。发展了二维轴对称计算方法并与全三维计算结果进行了对比,搭建了热气吹风实验台,利用红外测温仪和热电偶测量帽罩温度,验证了数值计算方法。全面研究了不同射流雷诺数、相对冲击距和气膜缝结构参数对热气加热特性的影响,结果表明:增大射流雷诺数有利于提高内部冲击换热效果和外部气膜加热效果;最佳相对冲击距随射流雷诺数的增大而增大,射流雷诺数为10000~40000范围内最佳相对冲击距在5~8内取得;气膜射流能大幅提高缝后外壁面温度,加热效率与气膜缝宽和位置有关,前缘开设的气膜缝还会提升前缘冲击换热效果。      

齿轮风阻损失仿真及其实际应用

对多种齿形大小相似但种类不同的齿轮进行了仿真研究,对轮齿周围的空气流场以及齿面压力场进行了分析,并对某型航空发动机中央传动锥齿轮的风阻损失进行了评估.结果表明,齿轮的风阻损失由压力损失和黏性力损失构成,其中黏性力损失占比为4%～17%.由于壁面作用,斜齿轮轮齿旋向不同也引入了约60%的风阻损失差异.航空发动机中央传动锥齿轮的风阻损失则在总损失中占比约为49%.      

幂律流体物性参数及叶型几何对离心泵湍流流动的影响

详细阐述了颗粒拟温度方程,计算了不同型线的叶轮及改变幂律流体物性参数对湍流流动的影响。计算结果表明,叶轮吸力面上的颗粒拟温度小于压力面上的,而且靠近壁面处的大于叶道中的。颗粒拟温度可探讨性地成为叶片磨损程度的衡量指标之一。从减轻叶片磨损角度来讲,双圆弧型线比单圆弧的好,叶片出口角小的比出口角大的好。这对改进适应两相流的叶轮设计,具有重要的指导意义和应用价值。      

两种手形对游泳推进效率影响的数值模拟

针对采用何种手形游泳能产生较高的推进效率,运用计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,建立了国内某女运动员手掌和前臂在五指并拢和五指分开两种手形的三维非结构网格模型;计算了90°攻角划水时两种不同手形的手掌和前臂在不同来流速度下的推进阻力、推进升力及其系数值,依据计算结果对手周围的流场进行了分析,研究了不同手形对游泳推进效率的影响.结果表明压差阻力是推进阻力的主要组成部分,在90°攻角划水时五指并拢具有更高推进效率.