惩罚函数法在发动机性能计算中的应用

按照涡喷发动机工作时遵守的气动热力学定律，建立了发动机的稳定数学模型，并针对双轴涡轮发动机性能计算的非线性数学模型，利用优化和最优控制理论中的惩罚函数法，对发动机性能进行了基于约束的最优求解程序设计，利用程序对某型发动机的稳定飞行特性进行了计算，计算结果表明，使用惩罚函数法求出的特性曲线变化规律正确，发动机平衡方程的解的精度更高，在此基础上得出的发动机飞行特性也更准确。另外惩罚函数法对初值的要求很低，迭代运算不易发散。     

基于拉格朗日方法的通气云状空泡三维非定常脱落特性研究

采用均相流模型并结合FBM湍流模型,对绕轴对称回转体通气云状空泡流动特性进行了三维数值模拟,基于实验结果对数值方法进行验证,同时利用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS)和粒子追踪方法分析了其三维非定常脱落特性。研究结果表明:纵截面上空泡覆盖区域的拉格朗日拟序结构整体呈椭球状分布,内部为不规律的复杂拟序结构;不同横截面上拟序结构分布存在很大差异。空泡内部的非对称流动结构和周向流动导致空泡呈现很强的三维运动特性。反向射流在周向上推进的不同步性,是造成空泡呈现不规则断裂和大尺度U型空泡团脱落的主要原因。     

Effects of yaw-roll coupling ratio on lateral-directional aerodynamic characteristics

Experimental investigation of large amplitude yaw-roll coupled oscillations was conducted in a low-speed wind tunnel using an aircraft configuration model. A special test rig was designed and constructed to provide different coupled motions from low to high angles of attack.A parameter ‘‘coupling ratio" was introduced to indicate the extent of yaw-roll coupling. At each pitch angle, seven coupling ratios were designed to study the yaw-roll coupling effects on the lateraldirectional aerodynamic characteristics systematically. At high angles of attack, the damping characteristics of yawing and rolling moments drastically varied with coupling ratios. In the coupled motions with the rotation taking place about the wind axis, the lateral-directional aerodynamic moments exhibited unsteady characteristics and were different from the ‘‘quasi-steady" results of the rotary balance tests. The calculated results of the traditional aerodynamic derivative method were also compared with the experimental data. At low and very high angles of attack, the aerodynamic derivative method was applicative. However, within a wide range of angles of attack, the calculated results of aerodynamic derivative method were inconsistent with the experimental data, due to the drastic changes of damping characteristics of lateral-directional aerodynamic moments with yaw-roll coupling ratios.     

涡桨飞机发展现状及关键气动问题

独特的动力形式赋予了涡桨飞机优越的推进效率和良好的低速机动、起降性能,使得其在军用及民用领域占有重要的地位并得以不断发展,但同时也带来了一系列需要重点关注的设计问题。本文从目前国内外涡桨飞机的发展现状和设计特点出发,提出其面临的主要气动问题。重点针对国内亟待发展的舰载类涡桨飞机起降过程中的失速和操纵问题进行深入研究,剖析了翼面附近流动的分离状态和发展趋势对于失速特性及操纵安全性的影响规律,归纳总结出需要关注的关键约束和设计原则。在此基础上,通过对一组计算实例的分析,给出了机翼空间流场变化特征和宏观气动力之间的内在联系,并深入阐述了三维增升构型与干净构型及其各站位翼剖面的设计关联性。     

过冷水滴凝固机理及凝固组织特征

针对飞机过冷水滴结冰的精细化预测需求,基于相变热力学与相变动力学相关理论,采用示差扫描量热法（DSC）、结冰风洞试验及微结构测试相结合的方法,研究了过冷水滴凝固过程的热力学机理及凝固组织特征。基于示差扫描量热法,研究了冷却速率及形核条件对结晶凝固特性的影响规律;基于结冰风洞试验开展了不同温度条件下冰相的宏观形貌及微结构特征研究。结果表明,过冷条件及冷却速率是影响过冷水滴结晶速率及结晶完善程度的重要因素。降温速率越大,结晶速率常数增大、结晶速率相应提高。同时,结晶峰变宽,结晶初始温度向低温方向移动,过冷效应相对显著;反之亦然。过冷度及冷却速率对冰相的宏观及微观形貌均有着重要影响。过冷度越大则相同时间内冷却速率越大,晶体生长过程越不充分,晶体不规则程度相对较高,同时晶粒密度变大、尺度变小,冰相表观透明度相对降低;反之,过冷度越小,则晶粒密度变小、尺度变大,冰相表观透明度相对较高。异相形核条件对加速结晶过程有重要促进作用,晶种的存在可有效加速二次结晶的触发,使过冷效应显著减弱。相关研究可为飞机结冰速率、冰相物理特征及冰形宏观形貌的精细化预测提供参考。     

非恒定增压式微尺度拉瓦尔喷管流动特性

针对微尺度喷流在航天器运动状态切换时出现的非恒定增压变化,采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法对阶跃式增压和线性式增压两种模式下的微尺度拉瓦尔喷管流场进行了模拟,并对其变化过程中的流动特性进行了对比分析。结果显示：阶跃式增压会导致流动特性出现较大幅值的峰谷式波动,而线性式增压下的流动特性则呈现出线性变化的特点;黏性力对微尺度喷流的非恒定增压变化产生了重要的黏滞作用,在喉部扩张段至出口的流场中尤为明显;在设定的条件下,阶跃式增压过程中喷流产生的总冲量较线性式增压高59.5%,质量流量高74.7%,单位工质提供的冲量低约8.6%,波动性也高于线性式模型,阶跃式增压适用于系统需要较大推力改变运动状态且推进剂充足的情况,而线性式增压在系统精确微调或需要推进剂产生更高效能时具有明显的优势。     

不同直径圆球诱导燃烧的振荡机制与频率特性

为了分析不同直径圆球诱导振荡燃烧的规律,并揭示圆球大小在振荡燃烧现象中所发挥的深层次作用,本文采用二维轴对称Euler方程和基元反应模型,对不同直径的圆球在H2/air预混气体中诱导振荡燃烧的现象开展数值模拟研究。研究发现,振荡频率并不是简单地随直径增大而逐渐从高频向低频连续过渡,而是存在两次突变,形成了超高频、高频以及低频三种振荡燃烧模态。在两种模态间过渡时,振荡达到稳定状态前,会存在一段双频耦合的振荡阶段。三种不同振荡燃烧模态的产生是受到了不同振荡机制的作用,而两种模态间过渡时的双频耦合现象则是两种机制相互竞争的结果。     

直线型驻波超声电机的定、动子间接触及摩擦分析

针对一种基于面内振动的直线型驻波超声电机的定、动子接触过程和摩擦机理进行了研究。在分析中将摩擦材料层简化为分布式线弹簧,利用对电机驱动过程中等速点和接触点的相对位置的分析,将接触区域进行了分区段的讨论,推导出电机速度和输出推力的关系并进行了计算机仿真。进而对不同间距下电机定、动子接触过程进行了分析和仿真。结果表明：电机的定、动子间距在建立摩擦模型中起关键作用,其变化对电机机械特性有显著的影响。     

轴向柱塞泵滑靴副传热特征

为了揭示轴向柱塞泵滑靴底面油膜温度场分布规律,分析了滑靴副生热机理以及热量传递途径,在此基础上利用热流量守恒定律建立滑靴副热力学耦合模型,讨论不同压力和转速工况下滑靴的结构参数对滑靴底面油膜温度的影响。分析结果表明,滑靴副油膜温度场呈不均匀分布,沿滑靴半径方向呈递减趋势,其最大值出现在最薄油膜厚度区域,容易引起滑靴偏磨磨损,主要集中在泵的排油区;恒压高速工况下滑靴内外半径比范围为1.5~2.0 之间,应尽量取较小值,降低滑靴副油膜温度,提高滑靴副润滑性能;恒转速高压工况下阻尼管长度直径比范围为3.50~8.75之间,应尽量取较小值,防止滑靴底面油膜温度过高,改善柱塞泵的散热效果。      

基于非线性直方图变换的对比度畸变图像校正

在实际成像过程中,因受多种因素影响而导致图像对比度畸变,使其质量下降。为了改善图像质量并增强视觉效果,提出了一种基于非线性直方图变换与参数优化的降质图像对比度畸变校正方法。首先,针对常规直方图均衡方法的局限性,通过人眼视觉感知特性分析,引入图像直方图的先验约束条件,建立了非线性直方图变换模型;进而,从校正效果的最优化角度考虑,运用遗传算法的进化寻优进行校正参数的优化,从而形成了一种高性能的对比度畸变校正算法。一系列在不同场景实拍的对比度严重畸变图像的校正实验结果表明,本文方法校正结果的客观质量评价测算指标和实际视觉效果都有显著提升,和常规校正方法相比具有明显优势。