高马赫数多体分离试验技术研究与应用

为了给高马赫数飞行器多体分离安全评估提供有效的风洞试验预测手段,提出了Φ1m高超声速风洞多体分离试验系统研制的关键技术及解决办法。通过"风洞前室总温总压信号及模型天平测力信号等的数据采集、气动及动力学解算、机构运动控制"三位一体的设计方式,建立了Φ1m高超声速风洞多体分离轨迹捕获试验技术平台。结合高马赫数飞行器开展了马赫数5条件下的网格测力试验和典型状态的捕获轨迹系统(Captive trajectory system,CTS)试验验证。验证结果表明,研制的Φ1m高超声速风洞多体分离试验系统较好地获得了飞行器分离轨迹及气动特性,可以满足高马赫数多体分离试验的网格测力、捕获轨迹等功能需求,且在一次吹风捕获35个轨迹点的情况下,连续轨迹控制模式相较位置控制模式节约了42.5%的风洞运行时间,提高了试验效率。     

低雷诺数下翼型表面局部振动控制研究

数值模拟研究了Re=4×10⁴时小迎角下表面局部振动激励对SD8020翼型气动特性的影响,从时均化和非定常流动两个方面分析了频率和幅值两个振动激励参数对于翼型分离和转捩特性的作用。结果表明,迎角2°和3°时局部振动激励能够有效对流场施加影响,促进层流分离泡结构的转变,改善翼型的气动性能。同时研究发现,振动频率在不同迎角下对翼型气动特性和流场结构的影响规律类似,频率f=32 Hz时气动性能提升最明显;而随着振动幅值的增加,层流分离泡长度减小且整体向前缘移动。进一步非定常分析表明,迎角2°和3°时流场在同一振动激励参数下表现出相似的非定常涡演化过程,弦向位置的压力脉动频率与振动激励频率一致,此时流场的非定常流动特征由振动激励主导。     

空地一体化技术在IFTD试飞中的应用

发动机表明符合性试飞科目飞行中推力确定（In Flight Thrust Determination, 简称IFTD）试验点多、耗时长、费用高。为提升试飞架次效率和地面监控力度,降低架次成本,基于FLIGHTLAB软件开发了面向物理的空地一体化仿真模型系统,并采用卡尔曼滤波和遗传算法对模型输入数据进行了实时处理和动态优选,最后基于QT开发了空地对比监控界面在某型号IFTD试飞中进行了应用。经验证,所建空地一体化仿真模型能够有效对某型号的发动机运行和动力学响应进行模拟,发动机各项参数的平均误差约为3%,采用的数据实时处理和动态优选算法能够良好地匹配空地一体化仿真模型系统,使系统有效运行,在IFTD试飞中,仅两个架次就为试飞节约燃油约3 t;本次应用表明,空地一体化技术,在飞行前能够为试验点可达性分析和试验点优选构型分析提供支持,在飞行中为试飞监控减轻负担。     

高马赫数超燃冲压发动机性能数值研究

考虑水平起降要求,构造了一种采用流线追踪内转式进气道、圆形截面燃烧室的双侧布局高马赫数超燃冲压发动机,设计点马赫数为7。对Ma 7~10范围内的发动机性能进行了数值模拟,给出了发动机进气道性能、整机性能,对燃烧室内的燃料掺混和燃烧情况进行了分析。此外,采用一维性能计算方法对燃烧室性能进行了预估。研究表明,此发动机性能可满足飞行器推阻匹配需求;一维性能结果与三维数值模拟的压力分布处于15%的误差范围内,可用于发动机性能的快速预估。     

基于预定啮合特性的点啮合齿面设计方法

针对格里森螺旋锥齿轮齿面设计方法无法在整个齿面接触传动过程中有效控制齿面啮合特性的不足,论述一种按预定的啮合特性设计点啮合齿面的理论和方法:啮合齿面的接触迹线上每一点的几何结构按预定的齿面啮合特性要求设计,而与特定的机床结构参数无关.啮合点的二阶接触参数通过弹性齿轮副的载荷-变形效应条件,而不是接触区的位置、大小和形状来设计.实例计算和分析表明本文的点啮合齿面设计方法是格里森齿面设计方法在数控技术条件下的发展和完善.      

Blockage effect on the flow around a cylinder probe in calibration

Flow around a 2-D cylinder pressure probe placed in uniform flow,free jet flow,and wind tunnel flow was analyzed with potential flow theory and simulated with numerical method.Blockage effect was investigated under several typical flow Mach numbers.The result from numerical simulation shows a similar trend to the one from potential flow method while varies in quantity.Wind tunnel walls accelerate the flow near the probe and thus produce a blockage effect;Boundary of free jet flow,however,decelerates the flow and thus produces a "negative" blockage effect.A maximum incoming Mach number exists when the probe is calibrated in wind tunnel in high subsonic condition due to choking caused by shocks and shock induced separation.The critical Mach number varies with blockage ratio,which makes high Mach number impossible to achieve in large blockage ratio condition.The blockage effect itself is unavoidable for calibration or measurement although a sufficiently small blockage ratio brings minor effect.Correction can be implemented based on the numerical simulation result presented in this paper and further works.      

周期特征值问题的Wilkinson型定理

通过引入周期特征值问题的单特征值的偏条件数,运用周期Schur分解定理,得到了周期特征值问题的Wilkinson型定理。     

区间不确定信息下可修系统基于幂律过程的贝叶斯可靠性评估方法研究

贝叶斯方法常用于小子样场合下航空航天等领域中可修系统的可靠性评估,由于一些不确定因素影响致使无法精确收集先验信息和/或可修系统的故障信息,但却可获得其上下界信息。针对区间不确定信息情形,提出多台可修系统当其失效过程服从幂律过程（PLP）时的贝叶斯可靠性分析方法,将信息先验下PLP模型基于区间信息的贝叶斯分析转化为所求目标函数恰是该先验下PLP模型传统贝叶斯分析的约束优化问题;通过具体工程实例对本文所提方法的可行性、有效性进行验证。结果表明：本文所提出的贝叶斯可靠性分析方法能够为小子样场合下,考虑不确定性因素影响时可修系统的可靠性评估问题研究提供一种值得参考的方法。     

基于遗传算法的微型飞行器气动力优化设计

本文以固定机翼式微型飞行器的翼型气动力优化设计为研究背景,在105量级的低雷诺数范围内,把遗传算法与Navier-Stokes方程数值解法相结合,建立了一种以实数编码为基础的自适应算法模型.在基准翼型的基础上,结合锦标赛选择、部分交叉以及自适应变异算子,对翼型进行了升阻比气动力优化设计,并设计了一种高效的复制算子来提高算法的稳定性和计算效率.优化后的翼型升阻比提高显著,表明该算法对低雷诺数翼型的气动外形设计合理有效.     

基于被动控制的D型钝体减阻大涡模拟研究

钝体减阻在航空航天等多个领域内具有重要的应用潜力,也是重要的基础研究热点问题。为了精确捕捉流动控制的流动细节,并发展效果优良的流动控制减阻方案,论文围绕抽象出的D型钝体,采用大涡模拟方法,开展了被动控制减阻高精度数值模拟研究。首先基于前期研究成果,对D型钝体尾迹区剪切层附近放置一个光滑小圆柱的被动减阻方法开展了数值模拟,发现总阻力减小17.7%,与试验结果吻合很好,同时数值预测的速度场分布也与试验结果吻合良好。在此基础上,进一步提出了采用齿槽型表面结构的小圆柱对D型钝体尾迹区进行扰动,并开展了数值验证,发现总阻力减小21.4%,优于前期的减阻方法。最后研究了在三种雷诺数工况下两种小圆柱扰动情况下的减阻效果,均表现出良好的减阻效果,两种小圆柱扰动下总阻力最大降幅分别为19.6%和23.1%,同时基于大涡模拟计算结果对减阻流动机理进行了探讨。上述研究结果表明,通过进一步优化流场结构,可以得到更优的流动减阻方案。