F—16飞机在非对称外挂情况下的极限环振荡试验

空军猎鹰办公室（AFSEO）提出了F－16飞机非对称外挂构型的验证要求。根据模拟构型的试飞和分析结果进行了F－16飞机的颤振验证。历史上，几乎没有对非对称构型提出过要求，因此，F－16飞机在非对称影响下的颤振特性试飞数据是有限的。结合这个问题，AFSEO以前仅用半展动力学和气动力模型进行计算，而假定在另一侧为镜面效应。为了解是否所有的非对称构型都必须用全展模型来分析，他们制定了一个试验大纲。用半展和全展模型对各种非对称构型下的颤振特性进行了分析。全展模型分析结果表明该机有颤振不稳定性，这与半展模型分析结果不同，因而进行了颤振试飞。试飞结果表明非对称构型的加载会产生一个较大的灵敏度，同时还会增加其稳定性。试飞结果与全展的气动模型吻合得相当好，这表明对于非对称的载荷构型应该使用全展气动模型进行分析。     

静压支承摩擦副温度场模拟与实验

为了研究静压支承摩擦副温度场,基于摩擦学和传热学理论,采用流固耦合方法对圆形腔静压支承摩擦副的温度分布规律及其速度特性进行研究,并进行实验验证。结果表明:间隙油膜在挤压和剪切以及泵功耗联合作用下产生的热,通过流固耦合方式传递给静压导轨和油垫,进而扩散到整个旋转工作台和底座。间隙油膜接触处摩擦副温度最高,向四周扩散温度逐渐降低。随着旋转工作台转速增加,油膜温度上升,工作台上表面和侧面温度下降,并趋于平缓,底座侧面温度从下到上先升高后降低。旋转速度由10 r/min增加至80 r/min时旋转工作台最高温升为6.8℃,底座最高温升为3.5℃,因而旋转速度对支承摩擦副温度场影响不能忽略。并将实验结果与模拟值进行比较,温度相对误差均在4%以下,满足工程实践要求。     

宽带太赫兹非对称十字孔矩形波导定向耦合器的设计

根据波导定向耦合器原理,设计了一种太赫兹频段,采用非对称十字形孔耦合的矩形波导定向耦合器。通过优化波导结构和十字形耦合孔参数,在WR4波导频段内,实现了稳定的耦合平坦度、良好的方向性和工作带宽。仿真结果表明该型波导定向耦合器耦合度稳定在-19.9d B~-22.0d B之间,方向性优于32d B,相对工作带宽为40%。     

翼伞后缘偏转过程的流固耦合动力学特性

深入研究翼伞后缘偏转过程的气动与结构耦合动力学问题是解决大型翼伞精确空投系统机动转弯和雀降等操纵动作设计分析的重点内容。首先基于ALE算法和罚函数耦合方法对翼伞后缘偏转过程进行流固耦合动力学建模,之后基于结构化的ALE求解方法和瞬态非线性求解器对翼伞三维模型的单个气室后缘偏转进行仿真验证,预测了后缘偏转运动引起的周围流场流动分离现象。分别针对翼伞后缘单侧下偏和双侧下偏过程的流固耦合行为进行仿真分析,获得全时域内翼伞结构场和周围流场特性动态演化结果,以及翼伞气动性能参数时间历程曲线,发现了后缘下偏过程的操纵延迟现象。最后通过风洞试验对仿真结果进行验证,证明了方法的有效性,为大型冲压翼伞的设计和应用提供理论和技术支撑。     

热老化对热障涂层界面力学性能影响及数值计算

针对热生长氧化物（TGO）对热障涂层系统寿命的影响问题,利用大气等离子喷涂（APS）制备氧化钇稳定氧化锆（YSZ）热障涂层,在1 100℃条件下,对热障涂层进行不同时间的热老化试验。采用扫描电镜（SEM）观察并分析涂层的微观形貌,并利用界面压痕法及Almen基片弯曲法分别测量其界面断裂韧性及涂层内部应力,系统研究了TGO对涂层性能的影响规律。与此同时,利用动态热力耦合扩展逐层/实体元（TM-XLW/SE）方法对该问题进行了数值研究,采用扩展逐层方法模拟陶瓷层（TC）/TGO和粘结层（BC）/TGO之间的行为,采用八节点实体单元来构建合金基体,根据热障涂层和基体连接区域的位移、温度协调和内力平衡条件,将热障涂层和基体相互耦合,分析了在热老化作用下TGO厚度演变对热障涂层力学性能的影响规律,将数值结果与试验结论进行了对比分析,为热障涂层失效分析提供更进一步的支撑和佐证。     

涡轮叶片耦合疲劳寿命预测与试验验证

为了解决涡轮转子叶片在温度、离心力和气动/噪声联合载荷作用下的疲劳强度问题,开展了高低周复合载荷谱分解方法和基于高低周载荷的全时域蠕变损伤累积模型研究,提出了同时考虑蠕变损伤、低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的耦合疲劳寿命预测方法。同时,通过正交载荷解耦和耦合载荷协调加载控制等关键技术的应用,开发了高温环境下的高低周复合疲劳试验平台。最终,基于设计的涡轮叶片模拟件,完成了耦合疲劳寿命预测和试验验证。结果表明:模拟试件的耦合疲劳寿命试验结果分散系数为1.01,耦合疲劳寿命的预测结果与试验结果偏差小于24%,从而验证了疲劳寿命预测模型的正确性,为我国航空发动机热端部件的疲劳强度设计和验证提供了有效的技术途径。      

中心分级燃烧室头部冷态流场特性实验研究

为了深入研究中心分级燃烧室的流场特性,采用PIV方法对其头部冷态流场开展了实验研究,重点分析了中心分级燃烧室头部流场的结构特征以及主燃级旋流数对头部流场的影响。实验结果表明：中心分级燃烧室头部典型流场结构形成一个较大的中心主回流区、较小的端部回流区及角回流区,主、预燃级气流的相互耦合过程分为独立射流、气流掺混和气流合并三个阶段。主燃级旋流数对头部流场结构影响较大,随主燃级旋流数增大,主、预燃级气流耦合作用减弱,回流区分布形态发生较大变化,新的流场结构特征为中心主回流区范围明显收缩,端部回流区向下游延伸,在主、预燃级之间剪切层形成较长回流区。针对该中心分级燃烧室头部,主、预燃级气流由耦合流动变为解耦流动的临界主燃级旋流数为0.8~1.0。     

基于非定常动量源方法的全机耦合气动分析

基于非定常动量源方法开展了直升机全机耦合气动分析研究。首先,以定常动量源模型为基础给出了高效的求解方法并验证其准确性。然后,将动量源项随时间变化添加至虚拟桨叶的所在位置,建立了能够体现流场非定常特性的非定常动量源模型。在此基础上,应用所建立的模拟方法深入开展了直升机全机耦合气动计算与分析。最后,结合飞行平衡模型分析了飞行参数对直升机气动特性的影响。研究结果表明,所建立的非定常动量源方法可以准确地模拟出桨叶的涡尾迹,可用于直升机全机耦合的气动分析研究。