弹性整流罩分离的流固耦合仿真方法

发展了一种流固耦合的动力学数值仿真方法,用以模拟弹性结构在其运动诱导的非定常气动载荷作用下的动态响应.针对给定的运动规律,对不可压流场采用侵入式边界方法求解了非定常气动载荷,其中未计及弹性结构变形对流场的影响.对非定常气动载荷作用下的薄壁弹性结构进行了瞬态动力学数值模拟.以地面试验状态的整流罩分离为例,对刚性体及是否考虑表面气体压力作用的柔性体等情形下的整流罩的动力学行为进行了对比分析,验证了发展的流固耦合动力学仿真方法的可行性.     

一种大负荷低压涡轮叶型的气动性能

基于Lantry-Menter转捩模型,分别对Zweifel升力系数为1.2的一种大负荷低压涡轮叶型在定常来流不同湍流度、雷诺数条件下,上游非定常、周期性尾迹作用下的流动进行了数值模拟.计算结果表明,定常来流低雷诺数条件下,湍流度对该大负荷叶型的气动性能影响较大;上游非定常、周期性尾迹对叶型吸力面分离泡的抑制作用可进一步减小低雷诺数条件下的叶型损失.计算结果揭示了该大负荷叶型在低压涡轮内部真实流动环境中的表面流动及损失特征,对国内现行低压涡轮设计有着较好的启示.      

ZrO2陶瓷切向超声辅助磨削表面及亚表面损伤机制

为进一步揭示切向超声辅助磨削过程中硬脆材料的表面及亚表面损伤机理,基于应变率模型对其磨削过程中材料的动态力学性能进行分析,并在此基础上建立了硬脆材料的脆-塑转变临界切削深度模型与微裂纹损伤深度模型。研究发现,脆-塑转变临界切削深度和微裂纹损伤深度均与应变率有关,其中临界切削深度随着应变率的增加而增加,而横向裂纹损伤深度与中位裂纹损伤深度均随应变率的增加而减小。通过ZrO₂陶瓷切向超声辅助磨削试验进行验证。试验结果表明：由于切向超声振动的引入提高了材料应变率,进而提高了材料的动态断裂应力以及动态断裂韧性,从而扩大了ZrO₂陶瓷的塑性域去除范围,降低了加工表面的横向裂纹与中位裂纹损伤深度,使得ZrO₂陶瓷的表面及亚表面质量得到明显改善。试验结果与理论分析相一致,为进一步揭示切向超声辅助磨削过程中硬脆材料的表面及亚表面微观损伤机理提供了理论参考。     

预处理特征型边界条件及其回流处理技术

通过特征型预处理Euler方程推导出预处理特征型的边界条件处理方法,并发展了预处理的回流处理技术,增强计算的鲁棒性和精度。通过特征型预处理Euler方程的特征关系得到边界条件处理方法;在亚声速速入口和出口边界,根据其特征方程确定回流边界处理方法。通过数值模拟发现:带回流的特征型边界处理方法比Turkel方法收敛快1.5倍以上,而计算精度与SIMPLE方法相当;在出口带有回流的计算中,其压力误差比Fluent降低68.3%。由此可知带有同流处理的特征型边界处理方法具有较高的鲁棒性和精度,在实际的工程计算中有一定的应用价值。     

基于状态转移图的启发式深空探测器任务规划方法

针对深空探测器复杂系统并行及约束耦合等特点,在时间线描述框架的基础上,引入了状态转移图结构。通过分析探测器任务规划中的耦合约束关系,设计了转移图代价计算方法,并提出了基于状态转移图的启发式任务规划算法。利用转移图设计启发式对无关节点进行剪枝,削减了搜索空间,加速了搜索过程。数值仿真结果表明,该算法能够有效减少不必要的规划步数,提高任务规划的效率。     

An attempt to inverse the ionospheric sporadic-E layer critical frequency based on the COSMIC radio occultation data

Ionospheric sporadic E layer refers to localized thin irregularity with enhanced plasma density appearing in the height range of ionospheric E layer (～90–130?km). The much higher electron density in the sporadic E layer than the background ionosphere would cause sudden TEC enhancement in the occultation TEC profile. A wavelet decomposition and reconstruction method is applied to extract the TEC fluctuation in this paper, and then $S_{\text{max}}$ index is defined to represent the intensity of the sudden TEC enhancement. $S_{\text{max}}$ index is compared with sporadic E critical frequency ($\mathit{foEs}$) observed by the ionosonde. The results show a well linear correlation between them with mean correlation coefficient about 0.7. Thus, an empirical linear model is established to inverse the $\mathit{foEs}$. The monthly/hourly mean values and global distribution of sporadic E intensity and occurrence ratio are calculated using this method based on the COSMIC occultation data from 2007 to 2011. The statistical analysis results indicate that it is feasible to inverse the $\mathit{foEs}$ based on the occultation TEC profile data and the inversion results can be applied to the long-term global variations of sporadic E investigations.     

大型机场滑行道航空器交通流特性仿真

滑行道是连接跑道和停机坪的纽带,是大型机场航空器场面运行的关键资源。随着场面航空器数量的不断增加,航空器在滑行道区域涌现出特有的交通流特性。基于滑行道航空器运行规则,结合元胞传输模型（CTM）,建立宏观的滑行道航空器交通流元胞传输模型,在NetLogo系统动力学仿真平台的基础上,以中国某大型机场滑行道航空器运行为例对模型进行验证,推理滑行道交通流基本参数之间的关系和相变特征。研究表明,滑行道交通流在自由流、同步流和阻塞流3种相态中演变,其中在同步流相态中,随着密度增加,流量从0.15降至0.10架次/min,速度从20降至7.64 m/s,说明流量和速度参数对于密度的变化十分敏感。当离场率与进场率的比例从0.2降至0.15时,3种相态下的临界流量从0.15、0.10降至0.13、0.05架次/min;临界速度在自由流不变,同步流和阻塞流中依次从7.64、1.07降至0.88、0.25 m/s;临界密度在自由流由0.50降至0.46架次/km,而在同步流阻塞流中依次从0.88、6.21增加至3.77、13.17架次/km。本研究揭示滑行道交通流拥堵演变机理,为制定科学合理的滑行道管理控制策略提供理论基础。      

大弯角开槽叶栅槽道位置与结构研究

为拓宽大弯角扩压叶栅可用攻角范围,优化叶片吸力面流动分离结构,本文以一大弯角叶栅为研究对象,对叶片采用压力面到吸力面打通的双“C”型槽道结构处理,在保持槽道长度及其他参数不变的条件下,设置85%、80%、75%、70%轴向弦长四个出口位置研究槽道出口位置对叶栅性能的影响。研究发现,特定攻角下,槽道出口位于吸力面角区分离线起始点之后、尾缘分离线之前,对吸力面流动分离的控制效果较佳;在全攻角范围,槽道出口则取在0o攻角对应较佳出口位置为好。为减小槽道内总压损失,本文提出了一种“SC”型槽道改进结构,在80%轴向弦长槽道出口位置处与双“C”型槽道以及原型叶栅进行对比。结果表明,“SC”型槽道结构相比于双“C”型槽道结构,叶栅尾迹损失及槽道内总压损失减少,槽道出口射流速度提高,叶片尾缘处静压升高;相比于原型叶栅则能有效降低其在全攻角范围内的总压损失,基本消除叶片吸力面附面层分离,削弱角区分离,提高叶栅的扩压能力。     

微波能量传输系统设计及试验

面向空间太阳能电站应用,进行了固态体制微波能量传输技术研究。针对能量传输波束扩散导致收集效率低的问题,研究了基于人工媒质理论设计的完美匹配层的能量接收整流表面,通过调节人工媒质单元的结构参数实现天线输出阻抗与整流电路输入阻抗的共轭匹配,同时抑制整流电路高次谐波,省去原有匹配及低通滤波器,简化电路结构、实现高效微波能量吸收与转换。以空间太阳能电站规定的波束中心传输微波功率密度限制作为能量接收整流表面设计的约束条件,设计能量接收整流表面,结合固态体制微波能量发射端,搭建5.8GHz小规模微波能量传输系统开展了地面试验验证,实测结果显示整流表面能量转换效率最高为57.7%。此次试验验证了先进的固态能量传输试验系统,为空间太阳能地面缩比试验及未来空间太阳能电站的建设提供了技术支撑。     

跨声速压气机转子叶尖泄漏涡非定常特性数值研究

为了研究跨声速单转子压气机系统叶尖泄漏涡的非定常特性,选取Rotor 67孤立转子为研究对象,针对不同背压工况与不同转速工况进行了非定常数值模拟。结果表明:在每一转速状态都存在一非定常边界,其将特性线分为定常部分和非定常部分。当转子运行在特性线非定常部分时,随着背压提高,叶尖泄漏涡脉动频率逐渐减小。这是由于背压提高使叶尖前缘负荷变小,叶尖泄漏涡的驱动力也变小。叶尖泄漏涡的频率特征与转子转速息息相关。高转速状态时叶尖泄漏涡主要表现出低频特征,低转速状态时叶尖泄漏涡主要表现出高频特征。这是由于转速不同,叶尖激波的脱体程度不同,激波对于叶尖泄漏涡的激励位置也不同。由非定常叶尖泄漏涡引起的压力波的周向传播速度在各转速下表现出较强的规律性。随着流量系数的减小,压力波波速呈线性减小趋势,且各转速下减小的速率大致相同。且在波速-流量系数曲线中,各转速的非定常状态起始点基本位于同一条直线。