双级轴向旋流器性能评估方法（二）——旋流器下游几何结构的影响

开展了双级轴向旋流燃烧室反应流场和燃烧性能的理论与数值研究。通过数值模拟研究了旋流强度与旋流器下游（套筒）几何结构对于燃烧室反应流场与燃烧性能的影响规律。结果表明:当旋流强度低时,旋转气流倾向脱离套筒喉部附近的壁面,形成类似喷射的流动;套筒扩张角越大,旋流强度增幅越大;当扩张半角为30°～70°时,气流扩张角随套筒扩张半角增加而增大。研究发现:存在临界套筒扩张半角为73°,大于该临界角时,气流与套筒发生“脱体”现象。通过理论推导与数值仿真相结合的方法,发展建立了套筒出口气流扩张角估算公式。通过与实验及数值结果比较发现,该公式能够对旋流器出口近场气流发展进行准确预测,为未来旋流器的设计提供了一种实用有效的方法。      

基于HLLC格式的理想MHD方程数值模拟

针对理想MHD(magnetohydrodynamics)方程数值求解困难的问题,基于原始的HLLC (Harten-Lax-Van Leer Contact wave)近似黎曼解方法,发展出一种新的适用于理想MHD问题的通量计算格式。控制方程采用有限体积法离散,时间推进采用隐式的LU-SGS（lower-upper symmetric Gauss-Seidel）格式,并且采用双曲型散度清除技术来抑制磁场散度的累积。通过一维激波管问题的数值模拟表明,HLLC-MHD格式能准确的分辨并捕捉复杂的磁流体力学波系结构,保证数值计算的精度,最大的数值计算误差不超过10%;通过二维的Rotor问题的数值模拟研究表明,HLLC-MHD格式能够应用于多维理想MHD问题的数值模拟,并且能够准确捕捉多维情况下磁流场中的阿尔文波;通过对比有、无散度清除的Rotor问题计算结果表明,双曲型散度清除技术可以将磁场散度峰值从50降低到2,有效抑制高磁场散度区域的散度累积,同时也会将误差传播到低散度区域,并且引起边界处散度的累积,影响计算的稳定性。      

复合材料翼面的气动弹性剪裁

 本文提供了一个具有复合材料蒙皮、金属骨架的中等展弦比、中等后掠角机翼的气动弹性剪裁计算结果。采用各向异性平面应力复合材料元素,使用Tsai-Hill准则,进行满应力设计,在此基础上,用直观准则（导数均匀准则）法进行了颤振速度和副翼效率优化设计。     

LHT40低功率霍尔推力器放电特性试验

为了获得300 W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性,采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性.试验结果表明,推力器的推力、比冲、阳极效率在200～300 V存在一个最大值;放电电流、放电电压呈现无阻尼谐波振荡特性,其一阶频率大约...     

Uncertainties in gravity wave parameters,momentum fluxes,and flux divergences estimated from multi-layer measurements of mesospheric nightglow layers

Measurements of dynamic parameters of atmospheric gravity waves, mainly the vertical wavelength, the momentum flux and the momentum flux divergence, are affected by large uncertainties crudely documented in the scientific literature. By using methods of error analysis, we have quantified these uncertainties for frequently observed temporal and spatial wave scales. The results show uncertainties of ～10%, ～35%, and ～65%, at least, in the vertical wavelength, momentum flux, and flux divergence, respectively. The large uncertainties in the momentum flux and flux divergence are dominated by uncertainties in the Brunt-Väisälä frequency and in spatial separation of the nightglow layers, respectively. The measured uncertainties in fundamental wave parameters such as the wave amplitude, intrinsic period, horizontal wavelength, and wave orientation are ～10% or less and estimated directly from our nightglow image data set. Other key environmental quantities such as the scale height and the Brunt-Väisälä frequency, frequently considered as constants in gravity wave parameter estimations schemes, are actually quite variable, presenting uncertainties of ～4% and ～9%, respectively, according to the several solar activity and seasonal atmosphere scenarios from the NRLMSISE-00 model simulated here.     

子午扩张对涡轮内旋涡结构影响的数值模拟

求解了某型航空发动机的低压涡轮导向器内流场。采用的数值方法为具有 TVD性质的三阶精度GODU NOV格式,湍流模型为 B-L代数模型及 MML模型的混合修正模型。该涡轮导向器的一个显著特点是由于结构上的要求,静叶前子午流道在上端壁具有较大的扩张角。通过数值模拟及流场内涡系结构和损失的分析表明,由于子午扩张造成端壁附面层增厚并在静叶前形成较大的分离区。该分离区的存在不但使静叶前损失急剧增加而且使上端壁马蹄涡和通道涡尺度加大,强度增强,引起流道内损失增加。      

特种风洞试验中气动伺服弹性失稳故障分析

在某带飞行控制系统的特种风洞试验中,试验模型在闭环大增益情况下出现了振动发散现象。为分析故障原因,对试验数据进行了频谱分析并检验了无风情况下伺服稳定性;同时,将风洞试验动力学系统简化为数学模型,并建立相应的运动微分方程进行分析,得到以下结论:加入支持结构后整个系统的弹性影响较大,并与控制及气动力发生耦合出现气动伺服弹性失稳。进一步针对以上简化模型,进行数值仿真,其结果验证了以上机理。为解决此失稳问题,对控制系统提出了2种改进方案:增加结构陷波器或更改操纵面偏转比例参数,2种方案亦得到仿真验证。最后,将增加结构陷波器的改进方案应用到试验中,达到了预期的效果。      

稳恒磁场安培环路定理的论述与推导

稳恒磁场安培环路定理是磁场的重要场方程,它反映了磁场的涡旋性及磁场与电流的关系,给出通过电流的分布求解具有某种对称性系口均匀性磁场的途径.文中准确地叙述了磁场安培环路定理,并对该定理给出了详细准确的论证,它克服了一些〈大学物理〉教材中关于磁场安培环路定理叙述的不准确问题,并避免了由于环路定理叙述的不准确而造成求解由电流产生磁场的某些错误,对进一步认识和理解磁场的性质将有所帮助,也给出用矢量场分析磁场性质的一种方法.     

自适应时间平滑的演化谱聚类

传统的聚类算法一般只适用于静态数据的处理,而真实世界的数据往往数据量大且变化多,静态的聚类算法不能为动态数据提供其演化规律的分析学习。演化数据的聚类,一方面要正确反映每一时刻数据的合理簇划分,另一方面又要使动态的聚类结果在演化过程中尽可能平滑。本文提出了一种自适应时间平滑的演化聚类框架,该模型考虑到当前时刻数据与历史时刻数据的未知关联,通过限定时间回溯的范围,自适应地寻找与当前快照最相关的历史快照,并通过有机融合基于Itakura-Saito距离的静态相似度和基于时间序列的动态相似度,计算各个时间片快照上的相似度矩阵。本文进一步提出了两种自适应时间平滑的演化谱聚类算法,从不同的角度定义时间代价,得到不同的演化聚类结果。在真实数据集上的实验表明这两种算法能够有效地利用历史数据,在聚类结果上准确性更高,时间平滑性也更好。     

基于PIC-DSMC算法的嵌套霍尔推进器仿真性能研究

随着航天技术的发展，新型嵌套式霍尔推进器解决了传统单通道霍尔推进器功率不高和运行模式单一的问题，在航天领域发挥着愈加重要的作用。为了研究质量流量和磁场强度对嵌套型霍尔推进器性能的影响，本文采用PIC-DSMC算法，追踪和模拟等离子体粒子在电磁场作用下的运动和碰撞过程，对羽流场进行仿真。模拟结果表明:质量流量和磁场强度对推力贡献成正相关，推进器的比冲和羽流发散角则会受到双通道的综合影响。适当增大内通道的运行功率能够提升推进器整体效率。本文的模拟结果初步证明了嵌套霍尔推进器运行工况和磁场设计的可行性，并进一步为推进器的实验和优化提供了数据支持。