未来航空空气动力学发展(下)

三、可重复使用的高超声速空天飞行器 可重复使用的高超声速空天飞行器集飞机、运载器和航天器的众多功能于一身,能在大气层内高速飞行,也能进入外层空间在轨运行.这种飞行器的飞行马赫数可以超过20,能快速反应,做到全球"即时到达",既可以作为高速运输工具,又可担负空间武器发射平台和实施侦察预警及对敌攻击的任务,是21世纪进入空间、控制空间和争夺制天权的关键武器装备.     

基于合成射流的旋翼翼型动态失速控制研究

针对直升机旋翼工作环境下来流速度和迎角(Angle of attack,AoA)耦合引起的动态失速问题,建立了基于合成射流的旋翼动态失速控制的数值模拟方法。采用运动嵌套网格方法,通过对翼型的平移和旋转实现变来流速度-变迎角的耦合。以积分形式的雷诺平均N-S方程为主控方程,空间离散使用Roe格式,时间离散为隐式LU-SGS方法,以OA209翼型为研究对象,在翼型上表面放置合成射流激振器,开展了射流位置、动量系数、无量纲频率以及偏角等参数对轻度失速、深度失速下翼型动态失速控制的研究。研究发现,轻度失速下,射流位置靠近气流分离点时(20%c附近,c为翼型弦长),对逆压梯度引起的轻度失速控制效果最佳。深度失速下气流分离点虽在5%c之前,但射流位于前缘分离泡后端(10%c附近)时控制效果较好。大迎角需要较大的动量系数才能有效控制。射流频率对涡结构的尺寸和数量会产生一定影响,能改变气动特性波动幅度。较小的射流偏角对轻度失速的控制更有效,而深度失速则需要较大的偏角。     

水反应金属燃料发动机的性能调节

在水反应金属燃料发动机性能分析研究基础上,分析了壅塞式和非壅塞式发动机构型优缺点及性能调节特性,着重探讨了非壅塞式水反应金属燃料发动机燃气流量自适应调节规律和特点。计算结果分析表明,非壅塞式发动机具有水燃比自适应调节特性,且高压强指数水反应金属燃料调节效果显著。     

高效合成射流激励信号的实验验证

在水槽中对合成射流控制圆柱分离进行了实验研究,射流出口为狭缝,由圆柱后驻点向下游喷射.为了进一步提高合成射流的控制效率,笔者采用了一种改变合成射流上下半周期时间比的高效合成射流激励信号.实验表明:对于采用标准正弦信号的普通合成射流,随着基于射流出口平均速度的雷诺数ReU的增大,圆柱后缘分离区变小,分离点推后.当ReU约大于430时,圆柱后缘分离区消失,绕流可完全再附.伴随合成射流的吹吸,圆柱后缘尾迹出现周期性的张合现象,从而抑制了卡门涡的脱落.采用高效合成射流激励信号,固定ReU,减小正弦信号形状因子k,合成射流的控制效率降低;k增大到足够高时,合成射流出口速度和诱导涡量强度大幅增加,使控制效率得到显著提高,从而很好地验证了这种高效合成射流激励信号对合成射流控制效果的影响.     

阶梯波合成整流器及其调制策略

提出了基于阶梯波合成结构的整流器,具有开关频率低、谐波含量小、滤波器体积小、输入功率因数和输出电压可控等优点,非常适合大功率应用场合.详细介绍了其工作原理.分析了输出电压调节方法,并提出采用具有特殊采样时序的错时采样空间矢量调制方法对其进行PWM调节,既保留了阶梯波合成技术的消谐波能力又使得交流侧合成电压的相位和幅值可调,以便于实现输入单位功率因数和输出直流电压的调节,最后通过实验验证了该阶梯波合成整流器的可行性.     

球状ZnSe纳晶的微波辅助元素溶剂热合成与表征

采用微波辅助的元素溶剂热法,以Zn,Se等单质为Zn源和Se源,en(en=乙二胺)为螯合剂,N2H4·H2O为还原性助剂,在160℃下反应4小时,合成了直径为50-100nm、分散性较好、高度结晶的球形ZnSe纳晶;采用XRD,SEM等手段对所合成的产物进行了表征,结果发现,反应温度和反应时间等反应条件共同控制着ZnSe纳晶的形貌。通过对其反应过程及机理的分析,结果表明,获得平均直径为60nm、高度结晶的球形ZnSe纳晶的优化反应条件是用en做螯合剂,N2H4·H2O为还原性助剂,反应温度为160℃,时间为4小时;并且球状ZnSe纳晶是在N2微泡上集聚而成的。     

圆弧激波缓聚点火及后续燃烧传播

采用激波管实验和准一维数值模拟的方法,对预混可燃气体中圆弧汇聚激波的自点火现象及后续燃烧波的传播特性进行研究。其中圆弧汇聚激波由平面运动激波通过精确设计的弧形过渡管段转变得到。研究表明:收缩段中圆弧汇聚激波波后的非均匀梯度环境由激波在平直段、弧形过渡段和扇形收缩段中传播所分别诱导的3个梯度区共同构成。随着圆弧汇聚激波的不断增强,圆弧激波后某处首先形成一个无激波的温和反应区。该反应区逆流锋面的初期运动速度远超Chapman-Jouguet（CJ）爆轰波速,而反应产物区流动则呈现出一定弱爆轰波特征。进一步分析发现,该反应锋面本质上是一种"自发反应波"（spontaneous reaction wave）,而非常规意义上的动力学波,其速度与汇聚激波波后气流点火时间梯度的倒数吻合。而后,反应区的扩张速度很快降至CJ爆轰波速以下,伴随反应锋面附近激波的产生以及激波-火焰复合结构的形成。激波-火焰结构最终加速演变为反向传播的爆轰波。在一定的条件下,由于入射激波转变过程和汇聚所构造的特定点火环境,自发反应波可再次赶超爆轰波,成为新的燃烧波前;而当自发反应波速度再次低于CJ爆轰波速时,它将再次转变为爆轰波;在此过程中,原先的爆轰波阵面蜕变为反应产物中传播的激波。     

长杆弹侵彻新型复合装甲数值仿真及研究

应用有限元计算程序AUTODYN模拟了由爆炸反应装甲和陶瓷复合装甲组成的新型复合装甲在长杆弹斜侵彻作用下的侵彻过程。根据长杆弹与爆炸反应装甲和陶瓷复合装甲的作用现象,研究了长杆弹对新型复合装甲的侵彻机理以及两者在各时刻的作用规律。所得结论对进行其他复合装甲抗长杆弹侵彻的研究具有一定的参考价值。     

陶瓷-金属梯度焊缝的自蔓延高温合成

本文将自蔓延高温合成（ＳＨＳ）技术与焊接技术相结合,探索了用梯度材料作焊缝的陶瓷与金属焊接的新途径,着重研究了梯度焊缝的制备工艺。结果表明,采用ＳＨＳ技术可成功地制取梯度焊缝层,这种焊缝可以缓和陶瓷与金属焊接时在界面处产生的热应力。     

TiB_2粉料的合成与纯化研究

基于SHS还原反应合成TiB2 混合粉料 ,研究了酸洗条件对TiB2 纯度的影响。实验结果表明 ,TiO2 B2 O3 Mg三元系统的化学反应由两部分组成 ,第一部分由金属Mg还原出B和Ti单体 ,第二部分由两种单体化合反应生成TiB2 。TiB2 粉料的纯度主要取决于酸洗条件。提高盐酸浓度、增加酸过量和延长酸洗时间可以提高TiB2 粉料的纯度 ,而升高酸洗温度还可以大大加快酸洗速度