旋转固体火箭发动机飞行器章动不稳定机理述评

针对旋转固体火箭发动机发射小卫星最末级出现的章动现象,分析了其不稳定机理.根据实际观测的飞行数据,分析了飞行器章动不稳定性的特点,给出了几种可能导致飞行器发生侧向角运动的不稳定性机理,并结合实际情况,对各种机理进行了分析.结果显示,飞行器不稳定运动的主要原因是飞行器的质量变化、内部气流的非稳态流动与飞行器姿态运动的相互...     

同轴离心式喷嘴噪声引发燃烧不稳定分析和预测

以氧化剂和燃料的混合比作为系统控制参数,研究同轴离心式喷嘴燃烧动力学过程。混合比增加和减少过程中,燃烧噪声和振荡燃烧状态间转变的混合比不同,说明系统出现了亚临界Hopf分叉现象,且在双稳定区内出现了燃烧噪声引发的振荡燃烧。利用临界慢化理论,分析3种表征参数:延迟为1自相关系数、方差和条件异方差（CH）对噪声引发不稳定的预警效果。结果表明:延迟为1自相关系数在噪声引发不稳定前出现明显的上升趋势且非随机现象,具有较可靠的指示作用。方差对噪声引发不稳定性的预示性较差。条件异方差在不稳定发生前振荡上升,可以作为辅助判断条件。基于Kendall秩相关系数趋势评估方法,提出一种在线预测噪声引发不稳定的判断准则,具有较好的适应性和可靠性。      

飞机反区时的操纵策略特性及物理机理研究

针对飞机在低动压飞行(如着舰)时处于阻力曲线反区所采用的Frontside操纵和Backside操纵方式,分别从指令控制、风扰抑制、执行机构影响三种情况对两种操纵策略的性能进行了仿真比较,得出相关结论,并分析了其内在物理原因。研究结果表明,Backside操纵性能优于Frontside操纵,具有响应快、超调小、无初始负调、抗风鲁棒性强,以及俯仰角、迎角和升降舵变化小等特点,但同时速度和推力变化大,且执行机构相位滞后对Backside操纵性能影响较大。     

Shock Wave Interaction with the Magnetopause

The magnetopause is in continuous motion and shock waves and impulsive acceleration events can occur. As an example, we show that the interaction of an interplanetary shock with the bow shock can generate a shock wave that after passing through the magnetosheath can interact with the magnetopause. In fluid dynamics, when a shock wave encounters a fluid discontinuity, the interface may become unstable and form bubbles and spikes. We consider this Richtmyer-Meshkov instability in magnetohydrodynamics. At the dayside magnetopause, the instability tends to be stabilized by the magnetic field. However, the shock wave interaction can initiate magnetic field reconnection for the southward IMF, which may be important in strong interplanetary shock events. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

低雷诺数下轴流压气机转子3维流动特性数值模拟

为了探究轴流压气机转子在低雷诺数下的性能及3维流动特性,对跨声速转子压气机Rotor37在地面和高空下的气动性能和内部流场进行了数值模拟.结果表明:在20 km高空下,压气机在近失速点的总压比和绝热效率分别降低了8.0%和5.3%,喘振裕度降低了3.1%;在低雷诺数下,转子吸力面上的流动分离位置会提前掺混且更剧烈,导致分离附面层增加,同时由于吸力面附面层较厚,激波与边界层的作用加强,减小叶表附面层内低能流体向上运动的压力分量,低能流体在离心力的作用下更容易向叶顶附近迁移,这可能是触发转子工作失稳的重要因素;在低雷诺数下,叶片根部吸力面在84%轴向弦长处发生完全分离并形成角涡,在其向叶顶移动的过程中形成脱落涡,角涡和脱落涡面积明显增加,这是引起转子低雷诺数工作效率降低的重要原因之一.     

分段式固体火箭发动机内部流动不稳定性数值分析

采用大涡模拟技术,针对某分段式固体火箭发动机开展了发动机燃面退移0mm,160mm和280mm三个时刻下发动机燃烧室内部流动不稳定现象的数值分析,获得了三个典型时刻燃烧室内压强可能的振荡特性.计算结果表明,在发动机点火初期燃烧室内流动不稳定性主要由表面涡脱落导致;随着燃面的退移,端面限燃层暴露在燃气中,由于端面包覆结构残余的影响,燃烧室内流动不稳定性主要由障碍涡脱落决定,且与点火初期相比,压强振荡的频率逐步减小.     

水冲压发动机燃烧稳定性数值研究

建立了水冲压发动机燃烧稳定性计算模型,对一次进水水冲压发动机燃烧室内流场进行数值模拟。研究了燃烧室长度、水燃比、液滴直径等因素对水冲压发动机燃烧稳定性的影响。研究表明,适当增加燃烧室长度、采用多次进水以减小局部水燃比并选取适当的雾化器,有利于水冲压发动机的稳定燃烧。     

高纬极区电离层中离子声波谱线增强的解释

大量的实验研究表明, 在顶部极光区电离层, 利用EISCAT非相干散射雷达和Millstone Hill雷达可以观测到不对称、增强的离子声波谱线. 考虑到低能H+离子束沉降到背景电离层, 以及电离层顶部O+离子的外流事件, 采用含有场向热流项的双麦克斯韦分布描述H+离子束的分布函数, 进而基于离子－离子双流不稳定性理论来解释增强的离子声波谱线. 场向热流的引入可以减小离子声波谱线的不对称现象, 这样得到的结果更符合实际.     

自激扫掠喷嘴在高速中温气流下的加力燃烧性能实验

为了在实际应用条件约束下;进一步验证自激扫掠喷嘴改善加力燃烧性能的有效性;设计了含有10个自激扫掠喷嘴的加力燃油喷杆;以及喷孔数量、喷点位置、喷孔总流量数均一致的直射式喷杆;并对其流量、频率、张角等基本工作特性进行了测量、对比分析。在典型涡扇发动机外涵的高速中温气流工况下;基于矩形加力燃烧性能测试平台;分别采用直射喷杆、自激扫掠喷杆;测量出口截面的总体燃烧效率;并监测沿程的温度分布、壁面动态压力脉动信息。结果表明;与直射式喷杆相比;采用自激扫掠喷杆能够显著拓宽燃烧室的点熄火边界;并在全油气比范围内提高燃烧效率;最高改善了8.5%;沿程燃气温度最高提高了181 ℃。在较高当量比下;采用直射式喷杆时;激发出了140 Hz左右的低频纵向热声耦合振荡燃烧频率;压力相对振幅达到16.3%;而在相同工况下;采用自激扫掠喷杆时的压力相对振幅仅为2.3%;有效抑制了振荡燃烧的发生。研究结果充分证明了自激扫掠喷嘴在提高加力燃烧效率、拓展稳定燃烧边界、调控加力振荡燃烧方面的显著效果。     

有攻角圆锥边界层横流失稳分析

横流失稳是复杂三维边界层转捩的主要机制之一。针对马赫数6条件下常规风洞实验工况的6°攻角尖锥边界层,利用二维全局稳定性分析（two-dimensional global stability analysis, BiGlobal）方法和面推进抛物化稳定性方程（three-dimensional parabolized stability equations, PSE3D）从多维稳定性分析的角度开展了横流失稳分析,并与一维线性稳定性理论（linear stability theory, LST）和直接数值模拟（direct numerical simulation, DNS）结果进行对比。结果显示,横流模态主要分布在背风面,但随着幅值的增长,模态扰动仍可显著影响迎风面区域;非定常横流模态比准定常横流模态更不稳定,且波角更小;相较于BiGlobal,基于PSE3D得到的N值略低,但两者主频相近,表明非平行效应削弱了横流扰动的增长,但并不改变扰动主频;基于LST的N值远大于全局稳定性分析得到的N值,一方面体现了两种方法对扰动增长定义的差异,另一方面也反映了三维效应的影响,因此不同的稳定性分析方法对确定转捩的N值影响显著。