剪刀式尾桨悬停状态气动力及噪声特性计算研究

建立了一个基于计算流体力学(CFD) /FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程的预测剪刀式尾桨悬停状态气动性能和噪声特性的分析方法.该方法首先采用CFD方法对尾桨流场进行求解,并应用嵌套网格技术对流场空间进行离散.控制方程采用非惯性坐标系下的Navier-Stokes方程,空间方向采用二阶迎风格式(Roe格式)进行求解,时间方向采用隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)格式进行推进.在此基础上,采用FW-H方程将尾桨噪声声压扰动传播至远场,以获得尾桨的噪声特性.应用该方法对两种剪刀式尾桨构型(“L”构型和“U”构型)进行了计算研究,对比分析了剪刀式尾桨在气动力和噪声方面与常规尾桨的差别,以及两个重要构型参数(剪刀角和轴向间距)对剪刀式尾桨气动力和噪声的影响规律.计算结果表明,构型参数对剪刀式尾桨气动力和噪声特性影响很大,合理地选择构型参数可以降低尾桨噪声水平.     

伸展柔性附件对简谐激励的响应分析

从Hamilton原理出发推导了柔性附件伸展过程的时变系数动力学方程。对附件在简谐激励下的响应进行了数值仿真,讨论了伸展柔性附件所具有的一些独特的现象：齐次解的非瞬态特性、特解的非稳态特性、瞬时共振的延续和加强。由于这些特性的存在,大大增加了由激励引发剧烈振动而导致结构破坏的可能性。     

微重力下火箭推进系统液氧贮箱内气泡脱离半径研究

研究微重力下液氧贮箱内气泡脱离半径是运载火箭推进系统推进剂在轨沸腾与换热计算的基础. 与常重力和低重力环境不同, 微重力下Marangoni效应变得突出. 为了求解气泡脱离半径, 构建包含浮力、惯性力、压差力、表面张力、黏性阻力和Marangoni力的气泡动力学模型. 针对现有Marangoni力计算公式适用范围狭窄的问题, 依托数值仿真方法, 拟合得到了更精确的修正因子计算公式, 进而扩充了Marangoni力计算模型的适用范围. 使用运载火箭液氧贮箱常规工作压力0.3 MPa下的饱和液氧物性参数, 计算得到气泡所受合力随半径的变化关系以及气泡脱离半径随重力的变化关系. 结果表明, 气泡的脱离行为可以由微重力区、过渡区和低重力区三个区域来划分. 微重力区内可以形成厘米级甚至米级的大气泡, 而低重力区内只能形成0.1 mm级的小气泡. 相比之前的模型, 本文模型可以同时适用于三个区, 更全面地揭示了微重力下液氧贮箱内的气泡脱离特性, 可以为液氧贮箱换热特性分析提供理论支撑.     

弱引力下小行星动量驱动机器人的可控跳跃行为

以小行星表面着陆探测为背景,提出一种动量驱动机器人(MoRo)以满足弱引力复杂环境下的探测需求。该机器人利用弱引力环境下的摩擦和碰撞特性,通过主动辨识环境参数,规划和控制动量轮以产生期望的驱动力矩,完成可控性跳跃及腾空后的稳定拍照等任务。首先,基于MoRo的动量轮刹车机构特性,分析了MoRo在弱引力环境下的跳跃机理并对其跳跃方式进行了规划;接着考虑动量轮驱动机构三闭环伺服系统的非线性特性,基于Herze碰撞模型和Karnopp摩擦模型建立了MoRo在小行星表面的跳跃行为动力学模型;其次,使用机器学习算法建立环境参数和MoRo运动的函数关系,并基于环境参数规划动量轮转速实现跳跃距离和腾空高度的可控。最后,通过数值仿真校验了MoRo跳跃规划方法和控制方法的可行性。     

尾流作用下对转涡轮叶片振动的流固耦合数值分析

采用对转涡轮设计可以提高喷气发动机的推重比.本文应用ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析.对一定的涡轮工况,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律.采用傅里叶变换,对流体激励力、叶片应力及变形相应进行频谱分析,结果表明:在复杂来流激励下,叶片的第一阶振动较易被激起;但高阶振动响应不可忽略;而且叶身温度场不同,被激起的振动阶次也不同.     

大型挠性充液卫星的动力学模型

研究了带有多个挠性附件和液体燃料贮箱的中继卫星系统的动力学建模问题。给出了微重力下小幅线性晃动等效模型基本参数，用混合坐标法描述中继卫星系统的构形，利用虚功原理推导出的矩阵形式的中继卫星动力学模型简洁且具有一般性，适用于许多开链飞行器系统。     

气膜孔内局部堵塞对气膜冷却特性的影响

在吹风比为0.3~1.5,堵塞比为0.1~0.5范围内,对平板上单排倾斜气膜孔内局部堵塞所引起的冷气射流流动和冷却特性变化进行了数值研究,分析了堵塞比、堵塞位置和吹风比对绝热气膜冷却效率的影响.在研究参数范围内的研究结果表明:气膜孔出口端前缘的局部堵塞有利于抑制肾形涡,对气膜孔下游的绝热气膜冷却效率有改善作用,并且随着堵塞比和吹风比的增加,对冷却效果的改善越为明显.而在气膜孔出口端尾缘或侧边的堵塞则在较大的堵塞比下削弱气膜冷却效果.相对于气膜孔出气端的局部堵塞,在气膜孔进气端和中部的堵塞对绝热气膜冷却效率的影响要微弱得多.     

氧在熔融SiO2中扩散的分子动力学模拟

在高温干燥的氧气环境中,SiC材料将氧化生成SiO₂氧化膜,影响材料性能。SiO₂在SiC上的生长由氧气通过氧化物的扩散控制。由于温度条件限制,传统实验方法很难测定氧气在高温氧化物中的扩散。本文采用分子动力学研究不同温度下氧在熔融SiO₂中的扩散行为。基于Morse、L-J等势函数及其参数,模拟了高温下的无定形SiO₂结构,计算获得了氧在950、1 100、1 200、1 300及1 400 ℃温度下的均方位移曲线及扩散系数,分析了温度对气体扩散的影响作用,拟合了温度相关的Arrhenius公式。研究结果可为SiC基及其复合材料的氧化行为研究提供参考。     

两端固定输流管道在脉动内流作用下参数共振的最优控制

采用压电片作为控制执行元件,对两端固定输流管道在脉动流作用下的参数共振进行了最优控制.基于二次型性能指标最优控制原理,针对离散后的运动方程在零平衡点附近Jacobian矩阵的非时变部分设计了最优控制器.最后,通过数值仿真的方法对控制方案的有效性进行了验证.结果表明,该方案对输流管道在第一、第二振型次谐波共振区域及组合共振区域的参数共振的控制均有很好的效果.     

舰载机前起落架突伸的动力学分析

研究了舰载机前起落架的突伸运动,针对这个问题,文中建立了一个两自由度的质量－弹簧－阻尼器的力学模型。推导出突伸运动方程以及两种不同形式的双气室缓冲器的非线性气体弹簧力和油液阻尼力的计算公式,并通过对已有试验结果的验算说明了本模型的可行性,利用该模型,用数值方法分析,校核了某舰载机的初步设计方案,计算得到了前起落架突伸运动的位置,速度曲线,并给出突伸期间飞机在甲板上的滑行距离和攻角的增量。文中还讨论