超燃冲压及TBCC组合循环发动机尾喷管设计方法研究进展

随着对远程、宽马赫数范围内高速飞行器的需求日益迫切,超燃冲压发动机(Scramjet)、甚至未来涡轮基组合循环发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)等已成为国内外研究的焦点。推进系统是高超声速飞行器能否实现宽马赫数范围内高效工作的关键,而非对称喷管(Single Expansion Ramp Nozzle,SERN)是其重要组成部分和关键技术之一。本文主要分析了远程、宽马赫数范围内高速飞行器对其发动机尾喷管的特殊要求,简要回顾了国内外相关的研究进展,重点介绍了本课题组针对超燃冲压及组合循环发动机尾喷管设计方法的主要工作和研究进展。结果表明:在大落压比下,不同的设计方法对非对称喷管的气动性能,特别是升力和俯仰力矩影响较大。最后对未来的研究进行了展望,旨在总结目前的相关研究进展,梳理关键科学与技术问题,为后续的研究工作提供参考。     

TBCC燃烧室/喷管一体化壁面温度计算

基于Navier Stokes(N-S)方程组对包括隔热屏、隔热屏内外流、大气外流在内的涡轮基组合动力(TBCC)发动机燃烧室/喷管进行了一体化的气/热耦合数值模拟,考虑了燃气组分输运、辐射换热等影响,研究了其在某典型飞行状态下TBCC冲压发动机燃烧室/喷管筒体及隔热屏内外壁壁面温度、辐射换热热流及对流换热热流分布.结果表明:燃烧室/喷管筒体与对称面上下交线的壁面温度在轴向距离为0.5~2.6m内变化较小,在轴向距离为2.6~3.1m内急剧增加,在轴向距离为3.1~3.5m内急剧下降.之后,上交线筒体壁面温度沿流向减小,下交线筒体壁面温度先升高后降低.筒体壁面温度最高点在喷管下调节板收缩段,为1577K.隔热屏内壁面辐射热流在370~500kW/m2变化,上下交线处的辐射热流较外壁面的辐射热流约高300kW/m2,辐射热流沿流向先减小后增加.隔热屏外壁面辐射热流在50~200kW/m2范围内分布.      

中心支板顶角对RBCC进气道影响数值研究

为研究中心支板顶角对火箭基组合循环发动机(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)进气道的影响,优化RBCC进气道设计方法,利用数值模拟对RBCC进气道开展了研究。分析了中心支板顶角变化对进气道内压缩段最小长度的影响,通过数值模拟对中心支板顶角变化对典型工况下进气道的流场特征和性能影响开展了定量及定性的研究。研究结果表明,增加支板顶角可以减小进气道长度(相比于Strut_1,Strut_2至Strut_5的隔离段长度分别减少47%,62%,70%,75%)和粘性阻力系数(相比于Strut_1,在Ma∞=1.5时Strut_2至Strut_5内压缩段粘性阻力系数分别减少33%,45%,55%,59%;在Ma∞=5.5时Strut_2至Strut_5内压缩段粘性阻力系数分别减少37%,50%,57%和61%),但并不影响进气道流量系数和流动均匀度。同时根据研究结果对进气道进行优化设计,能有效提高进气道的起动能力及其他性能参数,进气道的内、外压缩段阻力系数分别降低13.5%和5.7%,总压恢复系数和循环静温比分别提高2.6%和0.5%。     

智能化传感器综述

本文简要介绍了智能化传感器的基本概念及国内外发展动向.在介绍智能化传感器的类型及主要组成部分的基础上,还以实例说明智能化传感器在航空、航天技术、工业控制、机器人等方面的应用.最后对智能化传感器的优缺点进行了分析,展望了智能化传感器在我国的发展.     

基于实测数据回放的ROV导航定位系统研究

针对ROV对国产导航系统的需求,研发了包含导航融合终端软件及光纤罗经在内的ROV导航定位系统工程样机。该系统由嵌入式运行模式、仿真运行模式和数据分析模块三部分组成,能够完整记录ROV工作环境数据信息并进行时标化存储,生成实测数据文件,进而通过精准复现ROV工作环境数据,为ROV导航算法的调试提供便捷、一致的试验数据和高效的数据分析手段。海试验证结果表明,系统有效复现了水下试验数据,通过数据回放仿真高效完成了导航算法参数调试,对USBL噪声实现80%抑制,并能够有效应对USBL输出异常情况,可有效辅助ROV水下调查及安装等工程作业。     

一种新型混合式动调陀螺仪

动力调谐陀螺仪具有中等精度、高可靠性、低成本等方面的综合性优点,是近年用于我国各种武器惯性系统的重要产品。本文介绍了一种混合式动调陀螺仪,采用圆片状硅材料将陀螺转子、挠性支承和平衡环集为一体,可以采用MEMS加工方法制作,适合大批量、低成本生产;陀螺仪传感器/力矩器采用电容检测和静电力回馈形式;高速旋转微电机可以采用永磁无刷直流电机。本文介绍了混合陀螺仪的结构及原理,分析了其精度及耐力学能力。混合式动调陀螺仪具有体积小、成本低、启动快等优点。     

支板火箭引射冲压发动机引射模态燃烧流动 (Ⅱ )二次燃烧及构型的影响

对比研究了两种构型的支板火箭引射冲压发动机引射模态的瞬时掺混燃烧(SMC)三维掺混和反应流场，详细分析了静态海平面零马赫数情况下燃烧及构型对引射流场的影响，发现几何构型和二次燃烧的综合影响决定了引射掺混后流体的速度、总温、总压及引射流量，从而也主要确定了发动机的性能，其中构型因素主要决定了掺混的质量，从而决定了低速模态的性能。     

局部/组合抽吸对压气机叶栅分离流动控制的机理研究

为了研究不同抽吸形式对压气机内部分离流动的控制效果和机理,基于数值模拟方法,对内部同时存在角区分离和附面层分离的直列叶栅进行抽吸计算,共设置8套不同的方案进行了详细的探究。结果表明:对于控制分离的效果和机理,不同抽吸形式之间存在着一定差异;在分离发展的不同阶段,实施抽吸对其控制效果也有所不同。近端壁吸力面抽吸方案SS3同时减小了角区分离和近端壁处的尾缘附面层分离,尾部近吸力面沿展向静压分布为正"C"型,使角区内的低能流体向叶中流动,角区流动得到改善,但导致叶展中部流场的恶化;端壁抽吸和全叶高组合抽吸则使尾部近吸力面静压沿展向分布更均匀,低能流体的迁移现象减弱。基于以上结果可得:组合抽吸可以更有效地控制叶栅内部流动分离,降低损失,提高叶栅流通能力。     

一种多源组合定位系统中信息质量评估方法

多源组合定位系统可有效提高定位精度及定位鲁棒性。但更多的信息源提高了引入低质量信号的可能性,从而影响组合系统的定位性能。针对该问题,提出了一种多源组合定位系统中信息质量评估方法。在单系统信息质量评估的基础上,分析了其虚警率与漏警率,发现了二者的影响因素,利用多系统拥有更多冗余信息的特点,通过一致性检验,实现了多源组合导航系统的信息质量评估。仿真实验结果表明,该方法可以同时降低信息质量评估的虚警率与漏警率,且随着组合定位系统数量的增大,虚警率与漏警率呈持续下降趋势,拥有较好的信息质量评估效果。     

基于光敏树脂分析的3D打印加速度传感器设计

MEMS加速度传感器所采用的硅微机械加工技术存在个性化定制、小批量生产成本方面的不足,而3D打印技术的优势就在于无需模具的自由化定制、一机多用实现低成本产品生产,3D打印的发展趋势就是实现微纳尺度结构的制造。在此背景下,采用光固化立体成型技术设计了一种3D打印压阻式加速度传感器结构。传感器基底使用耐高温光敏树脂制作,并采用丝网印刷工艺在基底表面印制导电碳浆形成应变计结构。为此,首先对耐高温光敏树脂的相关热学与机械性能进行分析。通过测试,得到该光敏树脂固化后的起始分解温度等热力学参数。其次,通过控制光敏树脂紫外光固化时间,取得了较好杨氏模量和弯曲强度的树脂,且为该加速度传感器的结构仿真优化与制作工艺提供了必需数据与重要依据。除此之外,还对所设计的碳浆应变计结构进行了测试,得到了有效灵敏系数。通过以上工作,为最终实现3D打印加速度传感器的制作做好铺垫,助力3D打印技术与MEMS传感器技术相融合。