A high-fidelity design methodology using LES-based simulation and POD-based emulation: A case study of swirl injectors

Engineering design is undergoing a paradigm shift from design for performance to design for affordability, operability, and durability, seeking multi-objective optimization. To facilitate this transformation, significantly extended design freedom and knowledge must be available in the early design stages. This paper presents a high-fidelity framework for design and optimization of the liquid swirl injectors that are widely used in aerospace propulsion and power-generation systems. The framework assembles a set of techniques, including Design Of Experiment (DOE), high-fidelity Large Eddy Simulations (LES), machine learning, Proper Orthogonal Decomposition (POD)-based Kriging surrogate modeling (emulation), inverse problem optimization, and uncertainty quantification. LES-based simulations can reveal detailed spatiotemporal evolution of flow structures and flame dynamics in a high-fidelity manner, and identify important injector design parameters according to their effects on propellant mixing, flame stabilization, and thermal protection. For a given a space of design parameters, DOE determines the number of design points to perform LES-based simulations. POD-based emulations, trained by the LES database, can effectively explore the design space and deduce an optimal group of design parameters in a turn-around time that is reduced by three orders of magnitude. The accuracy of the emulated results is validated, and the uncertainty of prediction is quantified. The proposed design methodology is expected to profoundly extend the knowledge base and reduce the cost for initial design stages.     

基于仿真分析的压铆力预测模型

铆接是飞机结构机械连接的主要方式,压铆力作为影响铆接质量的重要因素,传统的计算方法通常是建立在体积不变的假设之上,且不考虑钉杆材料被压入钉孔部分的体积,导致模型误差较大。为此,依据仿真分析结果和铆钉材料的流动趋势,引入体积缩减系数来描述钉杆被压入钉孔部分的体积,建立压铆力预测模型,并与已有的试验数据进行对比,结果表明计算值与试验值的一致性较好,该模型可以用来预测铆接过程中压铆力的大小。     

固体推进剂喷气羽烟对微波衰减的理论模拟

本文根据流体力学理论和等离子体知识,建立了推进剂喷气羽烟电磁特性的理论模型,并利用非平衡化学反应模拟了二次燃烧和电子捕获剂对喷气羽烟电磁特性的影响.计算值与实验结果的一致性较好,误差的最大值约为10%.模拟计算表明:添加少量电子捕获剂和降低铝粉含量,能有效地改善喷气羽烟的微波透射性.     

飞行仿真系统的建模与验证

主要介绍了模型的研究领域和定义，并以飞行模拟器飞行系数数学模型为例，说明了实际－理论模型－计算机模型的建立过程，以及飞行系统的建模、编程、数据的选取及预处理等对飞行模拟器逼真度的影响。     

多孔板换热的数值模拟研究

通过分析层板燃气侧、内部及冷气侧的换热特性，表明层板内流动特别复杂，换热也具有多样性。冷气侧换热面由于冲击孔出流的抽吸作用导致冲击孔上游换热加强，冲击孔出流对下游换热边界层的破坏，使下游抉热同样加强，且比上游增加幅度大。通道底面主要是由于射流形成的漩涡对底面冲击而使抉热增强，但影响区域不大。冲击面由于射流的冲击使滞止区换热系数很大，影响的区域也较广。燃气侧换热面由于气膜孔射流对主流的影响使气膜孔下游的主流旋转形成强度很大的漩涡，冲击壁面而使气膜孔下游换热增强，并且两孔之间由于冷气的掺混换热系数较大。     

基于广播内存网络的无人机传感器仿真系统

讨论了一种基于广播内存网络的无人机飞行传感器仿真系统的设计与实现。系统硬件平台采用了基于网络的多机分布式体系结构。系统软件采用了VC＋＋6.0设计语言。该系统能够模拟无人机各种真实机载传感器信号及完成其它I／O信号处理，具有高实时性、高可靠性的特点。     

K8飞机自由飞模型飞控系统设计研究

自由飞模型是按相似原理以飞机模型空中投放试验来验证原型飞机的操稳性能或获取飞机参数等，现通过对Ｋ８飞机自由飞模型控制系统的研究。设计了静不稳定飞行状态下的控制增稳系统。并根据自由飞的特点，设置控制器接通与否两种工作状态，可进行人工操纵飞行和接入控制器的操纵飞行。飞行记录表明，控制系统设计是成功的，可起到对原型机仿真的作用。     

空间推进系统静动态特性仿真软件研究

基于特征线法进行了双组元挤压式空间推进系统动态过程仿真方法的研究,提出了在动态过程仿真模型基础上建立和求解静态特性仿真模型的方法。编制了静动态特性仿真软件,通过对某空间推进系统进行的调整工况、模拟故障时的静动态特性仿真,验证了所提出的静动态特性仿真方法的可行性和实用性,该方法可以减少仿真所需的工作量。通过扩充元件库,能够对其它类型推进系统进行仿真。     

一种用于逐次逼近ADC的低电压高准确度比较器

设计了一种用于逐次逼近结构ADC中的低电压比较器,比较器由前置开关预放器和动态锁存器组成。前置放大器完成对输入信号进行放大,其高增益提高了比较器的准确度,动态锁存器的正反馈提高了比较器的速度。采用了0.6μm CMOS工艺设计,工作于2.5 V单电源电压,通过详细的电路原理分析和软件SMATSPICE的仿真,得到的分析和仿真结果说明该比较器具有速度快、准确度高、功耗小的特点,适用于逐次逼近结构中的低电压模数转换器。     

红外加热笼模拟航天器瞬变外热流的方法研究

以某型号航天器热平衡试验为工程应用背景，采用理论分析、仿真研究和实验研究相结合的方法，建立了红外加热笼和热流计的动态数学模型；在此基础上，讨论了利用红外加热笼作为热流模拟航天器在轨飞行时表面到达热流密度瞬态变化的方法和技术。