非正交曲线坐标湍流族流的数值模拟

对锥形燃烧室的冷态流场进行了数值模拟，采用Ｔｈｏｍｐｓｏｎ的非正交贴你坐标系统，用坐标变换的方法处理锥形燃烧室曲线壁面边界，用ＳＩＭＰＬＥ算法求解连续方程和Ｎ－Ｓ方程。亲流模型采用工程上常用的ｋ－ε模型。还运用贴体坐标系统数值研究了不同旋流数和不同进口紊流动能对湍流旋流流动的影响，并与实验结果相比较获得较满意的结果，对新型燃烧室的设计提供了理论依据。     

基于DOE优化湍流模型的SERN分离点预测数值模拟与实验验证

在SERN(Simple expansion ramp nozzle)中,流动分离现象伴随着激波/边界层相互干扰、强剪切层、强激波等复杂的流动现象,导致通用的计算流体力学软件对SERN中分离点、分离区和再附点的计算精度不能满足工程需要。为了提高SERN中分离点的计算精度,基于Allamaprabhu等的研究成果,针对Menter的SST(Shear stress transport)模型,将修改湍流模型经验参数的方法运用到SERN分离流动的预测中,并利用试验设计(Design of experiment,DOE)优化方法得到了经验参数的最优组合,使计算和实验的无量纲分离点和无量纲分离点压力的误差分别降至1.99%,4.38%,压力分布均方根误差降至7.83%。     

微细旋转超声加工材料去除机理及试验

文摘分析旋转超声加工材料去除机理,建立材料去除效率模型,探讨工艺参数对加工效率的影响规律;对压电陶瓷、有机玻璃、玻璃钢、紫铜等多种材料,进行单一超声和旋转超声加工材料去除效率对比试验,研究旋转超声加工方式对加工过程稳定性及加工效率的影响。结果表明:旋转超声加工可在保持原超声加工精度基础上,显著提高材料加工效率,且对较难超声加工材料(如有机玻璃),旋转超声提高其加工效率的效果更为显著。     

主燃孔位置对基于RQL高温升燃烧室流动与燃烧特性影响的数值模拟

为将富油燃烧/快速淬熄/贫油燃烧（RQL）用于高温升燃烧室设计,以实现温升与排放的良好统一,对不同主燃孔位置下的单头部矩形燃烧室流动、淬熄区气流混合、燃烧和排放特性进行数值模拟。结果表明：燃烧室中心回流区的长度和高度随着主燃孔轴向距离的增大而增大。随着主燃孔轴向距离的增大,主燃孔射流深度增加,射流角度逐渐向下游偏转,导致淬熄区内气流的混合效果减弱;随着主燃孔位置的后移,富油区内的当量比显著增大,导致CO和碳烟的生成量迅速增加,淬熄区内的沿程高温区域面积逐渐缩小,燃烧效率逐渐降低。当X/H=0.7时,燃烧室沿程NO生成量始终处在较大值;而当X/H=0.9时,燃烧室沿程NO生成量始终处于较小值,但CO的生成量增大。     

基于机器学习的高速复杂流场流动控制效果预测分析

流动控制激励器是主动流动控制技术的核心,其设计水平和工作性能直接决定了主动流动控制的应用效果和应用方向。为了获得流动控制激励器的作用规律,需要大量实验研究激励参数对控制效果参数的影响,实验代价较大。利用逆向等离子体合成射流激波控制实验数据,采用机器学习中的高斯过程回归模型,获得激励器参数（头锥直径、腔体体积、放电电容、出口直径）到控制效果参数（最大脱体距离）的映射规律,对比多种核函数下高斯过程回归的预测效果,采用特征重要性分析方法分析激励器参数对控制效果参数的影响程度。结果表明:对于小样本问题,采用2次多项式核函数Poly2的高斯过程回归预测精度最高。在特征重要性分析上,头锥直径对最大脱体距离的影响程度最大;其次是放电电容和腔体体积,2个参数的影响相近;出口直径影响最小。本文工作可为高速复杂流场流动控制实验中激励器各项参数的设置提供一定参考。     

吸附式亚声速压气机叶栅气动性能实验及分析

以亚声速平面叶栅风洞为实验平台,在不同来流马赫数、攻角和吸气量状态下,测试吸附式压气机叶栅吸力面、压力面表面压力分布和叶栅尾缘等参数.结果表明,附面层吸除能促进附面层减薄,减少分离损失,有助于降低叶栅总压损失,提高气流折转能力,改善叶栅气动性能.合适吸气槽位置和吸气量的选择,有利于叶栅内部流动更趋合理.      

受热过程树脂浸润流动的超声无损评估

采用空气耦合超声C扫描技术,对非热压罐预浸料在升温和恒温受热过程中树脂的浸润流动变化进行了实时无损检测研究。首先将非热压罐预浸料从室温升至100℃,研究温度变化对树脂流动的影响。在此基础上,研究60℃和80℃恒温过程树脂浸润流动随时间的变化,通过C扫描图片实时、快速检测出树脂的浸润流动变化,并得到树脂沿纤维层厚度方向的浸润流动速率。通过显微组织分析验证了C扫描图像分析的准确性。结果表明,该空气耦合超声C扫描方法是检测纤维网架中树脂浸润流动微观变化的一种快速、有效的方法。     

可压缩流动模拟的多重网格-扰动域推进方法

针对可压缩流动数值模拟的加速需求,在作者前期提出的扰动域推进计算框架下,融入多重网格加速技术,提出了多重网格-扰动域推进方法。建立了粗、细网格上动态计算域的更新逻辑与高效算法,并针对多重网格方法的特点,对粗网格初始化、增大对流动态域等步骤进行了改进。设计了新型粗网格生成策略,可消除结构网格粗网格生成对单元数目的限制。典型算例验证表明,多重网格-扰动域推进方法可同时降低粗、细网格上的计算量并减少总迭代步数;通过在粗、细网格上同时采用随数值扰动传播而增大、随求解收敛而缩小的动态计算域,多重网格-扰动域推进方法可在传统多重网格方法加速的基础上再将计算效率提升57.9%。     

中等展弦比飞翼布局无人机后缘射流滚转控制

飞翼布局飞行器有望依靠射流主动流动控制技术实现无舵面飞行以改善隐身特性,但鲜有针对中等展弦比（3～4.5）战术级飞翼的相关研究。本文为中等展弦比飞翼布局无人机设计环量控制激励器取代传统副翼,开展全机数值模拟和飞行试验研究,探究后缘环量控制射流的滚转控制能力。数值模拟使用压力入口边界并考虑射流动量贡献的气动力,实现对飞翼绕流和激励器内流耦合模拟和整机气动特性预测。数值模拟研究表明,射流的滚转控制能力随射流动量系数线性增长,且未产生显著的横航向或横纵向耦合力矩。飞行试验结果表明,环量控制激励器实现了平均滚转角速率25.5～26.7 （°）/s,最大滚转角速率40.1 （°）/s,最大滚转角83.9°的控制效果。     

介电弹性薄膜翼型的增升效应机理

蝙蝠在低雷诺数飞行状态能够通过膜翼的主动变形使其获得高机动性和飞行效率。这种翼型主动变形的仿生特性为智能飞行器气动与控制设计提供了新的思路。本文将介电弹性高聚合物材料直接应用到了翼型的设计中,利用介电弹性体电致变形的特点提出了具有主动控制功能的介电弹性薄膜翼型。针对电活性材料结构的力学特性,引入热力学理论框架,描述力-电耦合效应。采用CFD/CSD耦合技术建立基于介电弹性聚合物材料的气动-结构-电磁耦合动力学模型,并对所提方法进行验证。研究结果表明,介电弹性薄膜翼型在攻角为14°时相对刚性翼型增升12.33%,且翼型弯度变形与振动效应对增升的贡献比为3∶2;当外加电压使得流场频率与振动频率在前两阶频率相同,且二阶主频率不小于刚性翼型流场二阶主频时,介电弹性薄膜翼型的增升效应高于10%。所提方法与研究结论为研发智能飞行器的气动分析与控制设计提供了重要的技术支撑。