高超声速飞行器表面温度分布与气动热耦合数值研究

针对高超声速飞行器热防护设计中的高温气体非平衡效应问题和气动热环境精确预测问题,基于流场的非平衡Navier-Stokes方程、表面的能量守恒方程和内部的热传导方程,考虑流场的非平衡效应、表面的热辐射效应、催化效应和烧蚀效应以及热防护层内部的热传导效应,建立了初步的表面温度分布与气动热的耦合计算方法,完善了高超声速飞行器气动物理流场计算软件(AEROPH_Flow)。在表面材料为碳-碳(C-C)条件下,对飞行高度为65km和飞行速度为8,10km/s的半球以及飞行高度为50km和飞行速度为8km/s的球锥模型,开展了表面温度分布与气动热的耦合计算,验证了计算方法和计算软件,分析了表面温度分布对气动热环境的影响。研究结果表明:表面温度分布对气动热的计算结果有较大影响,在气动热环境的预测中,不仅要考虑热化学非平衡效应和表面催化效应的影响,还要考虑表面温度分布的影响,最好是采用表面温度分布与气动热耦合计算的方法,以减小表面温度分布对气动热计算结果的影响。为此,需要发展完善非平衡流场/表面催化和烧蚀/热传导温度场(气/表/固)的计算模型、耦合求解技术和计算软件,实现对高超声速飞行器的真实飞行条件下高温气体非平衡效应和气动热环境的精确模拟。     

实时分布式系统中的一种时钟同步技术

结合现代实时分布式系统对时钟的要求,讨论了这种系统中的时钟因素,分析了原来广泛研究的Lamport时钟修正算法的不足之处。然后指出使用绝对全局时钟进行节点之间的通信,而用绝对本地时钟作为处理机本地的时钟来进行计算以及其它各种操作。实践证明这是一种可行的技术。     

偏心撞击对撞击式喷嘴雾化特性的影响

为研究偏心撞击对撞击式喷嘴雾化特性的影响,建立了求解自燃推进剂冷态射流撞击雾化过程的数值模拟方案,计算了不同偏心度条件下的射流撞击雾化过程。采用树形自适应加密算法直接求解不可压Navier-Stokes方程组,由分段线性的流体体积(VOF)方法对流体界面进行捕捉。结果表明偏心撞击会导致雾场发生偏转,当无量纲偏心度E为1/8时,雾场偏转角度约为9.2°,应控制加工偏差小于该值。随着偏心度的增大,液膜的偏转角度增大,理论推导得到的液膜偏转角度要小于数值计算得到的液膜偏转角度。正心撞击时燃料与氧化剂流强峰值接近,雾场的流强分布呈单峰分布。当发生偏心撞击时,由于燃料与氧化剂部分射流未参与撞击导致流强峰值出现交错,雾场的流强分布呈双峰分布,混合比的空间分布发生较大改变。正心撞击时撞击点下游液滴的速度分布近似呈轴对称分布,而偏心撞击之后的速度分布则呈中心对称分布。偏心撞击导致的射流动量损失使得雾化性能变差,当无量纲偏心度E为1/8时,一甲基肼(MMH)的Sauter平均直径增大约4.8%,四氧化二氮(NTO)的Sauter平均直径增大约5.8%。      

高压金属软管应力及参数敏感度分析

某型号发动机热试车考核中高压金属软管多次出现破坏。通过建立软管有限元模型,采用非线性有限元分析了软管应力分布和各部分承载特点,判断波峰处轴向应力是影响软管结构强度的主要因素,有限元计算结果和试验破坏部位一致,表明有限元模型的合理性。在此基础上,通过参数化建模、设计中心复合实验和进行参数敏感度分析,得出影响波峰处最大轴向应力的敏感参数,为结构参数优化提供了依据。     

飞行器设计偏差量建模方法研究

对设计变量的偏差量进行建模,拟合偏差量服从的概率密度函数,是分析评价飞行器性能和概率设计的重要基础.针对常用分布拟合能力有限,以及混合Gamma分布无法在整个数轴上对试验数据进行拟合的问题,在论证混合Gauss分布拟合任意概率密度函数合理性的基础上,提出了利用混合Gauss分布对试验数据进行拟合,并运用期望极大化算法(...     

氙离子推力器束流分布特性研究

建立了离子推力器束流分布的高斯模型,以200mm氙离子推力器为例,在不同工作环境下对推力器束流分布进行了数值模拟,并通过试验测量了推力器引出切面不同位置(轴向z=50mm,z=100mm)下的径向束电流密度和束离子密度分布。通过对数值模拟结果与试验测量结果的比较,误差为17%,认为数值模拟结果与试验测量结果吻合较好。表明离子推力器引出束流呈轴对称分布,在推力器出口附近,束离子密度很大,越往下游,密度越小且束流出现发散。     

液体火箭发动机初始雾化液滴分布预测

在简要描述使用最大熵原理预测初始雾化液滴分布的基础上,发展了较传统方法具有更大收敛域的数值计算方法,建立了离心式喷嘴雾化特性研究实验台,使用激光相位粒子分析仪进行了雾化粒径分布研究,结果显示实验数据同使用最大熵原理预测的分布吻合性较好,在此基础上最后提出了在液体火箭发动机雾化粒径分布预测应用中的策略。     

低轨道带可变翼的平板型极高真空分子屏

本文计算了在低轨道自由飞行的平板型分子屏（ＷａｋｅＳｈｉｅｌｄＦａｃｉｌｉｔｙ）加了可变翼后，分子屏后实验区的压力分布。计算中考虑了分子屏和翼材料出气对实验区压力的影响。本文并对加可变翼和不加可变翼、考虑出气和不考虑出气几种情形进行了计算和比较。我们的结果表明：给轨道分子屏加上可变翼后，其实验区的压力可比不加可变翼降低一个数量级以上，压力达１０－１３Ｐａ。本文的研究表明，这种给轨道分子屏加可变翼的模型对更好的利用分子屏环境是非常有利的。     

HTPB官能度数学模型建立

为了研究自由基型液体端羟基聚丁二烯预聚物(HTPB)体系官能度分布情况,对其化学合成中自由电子转移情况进行了分析,并通过数学统计的方法对其官能度分布进行理论数值模拟,建立了适用于自由基型HTPB官能度分布的函数关系式,并与GPC所测结果进行对比。结果显示,计算所得函数关系式与测试数据吻合结果较好,数值模拟结果准确性较高;自由基聚合生产的不同批次的HTPB官能度分布存在较大差异,单官能度分子含量可从5%~24%,二官能度分子的含量可从50%~81%;利用数学统计得到的函数关系,可将复杂的HTPB官能度测试转变为简单的分子量分布测试。     

一种求解细线瞬态散射的稳定算法

利用时间步进方法(MOT)求解脉冲电场照射下细线的电流响应分布,分析其后期稳定性。提出一种新的电流系数平均法,不仅可以改善前面时间步的电流值,而且能对当前时间步的电流值进行判断,并采取措施预防振荡,有效消除迭代计算的累积误差,改善后期不稳定性问题。数值仿真表明,新方法消除了引起后期振荡的高频分量,获得了稳定的电流响应分布。