运载火箭推进剂复杂流动传热问题数值模拟中的模型简化方法

在运载火箭改进优化或新型运载火箭设计过程中,会遇到各种复杂的流动与传热问题。按照真实产品和物理过程直接建立的数值计算模型过于复杂,不同尺度的结构、流动与传热、长时间的飞行过程相互耦合,出现计算时间太长(数年)、收敛困难、程序调试困难等问题。针对初始条件复杂、飞行过程复杂、边界条件复杂3类具体问题,总结了3种相应的模型简化方法,分别是工程经验法、极限参数法、低维近似法,为推进剂复杂流动与传热的数值模拟提供参考。     

基于前馈反馈复合控制策略的高空舱高精度电液伺服控制技术

为满足高空舱飞行环境模拟控制系统电液伺服位置控制回路高精度、高响应的需求,采用系统仿真和工程实用控制系统设计与调试相结合手段,依次分析并建立了高空舱电液伺服位置控制回路的数学模型;在MatlabSimulink平台上进行了控制仿真调试与分析,表明所得到的电液伺服位置控制回路可满足高精度控制要求;在控制系统仿真分析的基础上,对实际的控制系统进行了前馈+反馈校正、串级控制等工程改进工作。经实际飞行环境模拟试验验证,工程实现后的电液伺服位置控制回路取得了理想的动态响应和位置跟踪能力,保证了高空台飞行环境模拟控制系统的过渡态调节品质和稳态调节精度。     

基于释热率分析的钝体贫油熄火过程分析

针对锥形钝体稳定的甲烷-空气预混湍流火焰复杂的熄火过程,采用大涡模拟(LES)与输运方程概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型相结合的模拟方法,研究远离熄火、近熄火及熄火点的火焰和释热率(HRR)数值变化情况,定量分析熄火判据。结果表明:冷态速度模拟结果和实验的相对均方根误差在10%以内,热态误差在20%以内;释热率是否出现在OH和CH₂O重叠的区域,是判断熄火的一个重要参数;远离熄火时,释热率高的区域主要沿内侧剪切层出现;近熄火工况下,释热率在流向轴上闭合,回流区下游也出现较大的释热率;熄火点工况下,较大释热率的区域在回流区下游和上游均有出现;模拟预测的熄火情况和实验PLIF结果一致;平均释热率可作为判断熄火的定量依据,即当钝体后方0.2d处内侧剪切层平均释热率与回流区平均释热率的比值小于4时,发生熄火。      

基于数值模拟的超塑成形压力—时间曲线计算机辅助设计

确定压力随时间变化的关系曲线对于超塑成形工艺设计非常重要,本文在超塑成形压力计算时引入能量消耗控制策略,提出了一种压力－时间（Ｐ－Ｔ）曲线设计方法即恒能耗率法,实现了基于有际元数值模拟的超塑成形Ｐ－Ｔ曲线计算机辅助设计,文中对有关的压力控制算法及算式进行了较详细的介绍和推导,分别给出了半球壳自由胀形和圆筒形凹模约束成形过程的Ｐ－Ｔ曲线设计计算实例,并对计算结果进行了讨论,本文的研究拓宽了刚粘塑性有     

试飞驾驶技术评价方法研究

通过分析以往试飞驾驶技术评价方法中出现的问题,以典型的俯仰倍脉冲试飞动作为研究对象,将整个动作过程分为三个阶段,提出了针对每个动作阶段的评价标准以及整个试飞驾驶动作的评价算法,并在此基础上开发了驾驶动作评价软件,最后在地面模拟器上对评价软件的效果进行了验证,结果表明该方法能够客观地评价试飞驾驶技术水平,可以推广到其他试飞驾驶动作的评价上。     

电子束高频偏转扫描线圈的设计与仿真

为提高电子束高频偏转扫描的频率及磁场均匀性,基于Helmholtz线圈的工作原理,采用空心结构设计了一种高频偏转扫描线圈,并根据电子枪的结构和电子束偏转扫描的技术要求,计算了所需磁场强度及安匝数。采用三维软件Pro/e建立了几何模型和有限元分析模型,并利用Maxwell进行电磁场仿真,分析了所设计高频偏转扫描线圈电磁场分布的均匀性,并制作实物进行测量,测量结果与仿真结果基本一致。所设计的偏转扫描线圈产生的磁场强度及磁场均匀性均满足电子束高频偏转扫描的技术要求,实际测试结果表明,电子束扫描范围可达到350mm×350mm,电子束偏转扫描速度可实现7000mm/s。     

非恒定增压式微尺度拉瓦尔喷管流动特性

针对微尺度喷流在航天器运动状态切换时出现的非恒定增压变化,采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法对阶跃式增压和线性式增压两种模式下的微尺度拉瓦尔喷管流场进行了模拟,并对其变化过程中的流动特性进行了对比分析。结果显示：阶跃式增压会导致流动特性出现较大幅值的峰谷式波动,而线性式增压下的流动特性则呈现出线性变化的特点;黏性力对微尺度喷流的非恒定增压变化产生了重要的黏滞作用,在喉部扩张段至出口的流场中尤为明显;在设定的条件下,阶跃式增压过程中喷流产生的总冲量较线性式增压高59.5%,质量流量高74.7%,单位工质提供的冲量低约8.6%,波动性也高于线性式模型,阶跃式增压适用于系统需要较大推力改变运动状态且推进剂充足的情况,而线性式增压在系统精确微调或需要推进剂产生更高效能时具有明显的优势。     

空滑迫降模拟试飞方法研究

本文对某型飞机的空滑迫降关键参数进行了计算,提出了模拟空滑"空滑比"的计算方法,开展了模拟空滑迫降飞行试验,通过与无动力空滑最佳空滑比的对比,对某型飞机模拟空滑迫降的可行性进行了分析。     

多芯片组件（MCM）用金锡焊带材料电阻率及热导率温度特性研究

对牌号为Au₈₀Sn₂₀的金锡焊带材料在208~423 K的电阻率及热导率与温度的函数关系进行了研究,并对其在多芯片组件（MCM）中的传热效果进行了评估。分别对材料在208~423 K中5个温度点的电阻率及4个温度点的热导率进行了测试,基于理论模型建立电阻率/热导率随温度变化的函数关系,最终采用模拟热扩散数值方法评估材料在高温下的传热能力。结果表明,采用修正函数模型后,金锡焊带材料在208~423 K下热导率与电阻率的关系符合测试结果,随芯片表面温度的边界条件从208 K升高至423 K,采用变温热导率模型得到的热流密度模拟计算结果相比理想化恒定热导率模型的差异性逐渐升高至5.5%。综上,金锡焊带材料热导率与电阻率的关系符合Wiedemann-Franz法则修正后的Smith-Palmer方程,在该材料传热设计时应考虑其热导率温度效应。