军用飞机结构耐久性严重谱编制与应用研究进展

耐久性载荷谱是进行飞机结构耐久性设计、分析和试验的前提,是飞机结构耐久性研究的核心问题之一。美国空、海军联合使用规范指南JSSG-2006和中国国军标GJB 67.6A-2008均建议采用“耐久性严重谱”进行飞机结构定延寿,严重谱具有诸多优点,是目前国内外载荷谱编制研究的热点。本文以标准、规范要求为指引,以服务型号研制为目标,对国内外军用飞机结构耐久性严重谱编制和应用技术现状进行了系统总结。首先,阐述了严重谱的概念,总结了国内外军用飞机结构定延寿采用的2类载荷谱和分散系数取值,介绍了严重谱严重程度确定方法研究现状;然后,概述了国内外提出和发展的严重谱编制方法及耐久性严重谱在型号定延寿中的应用;最后,指出了当前严重谱编制与应用技术的难点和发展趋势,为严重谱编制与应用技术的发展提供参考。     

基于飞参数据的航空发动机三循环谱编制

根据转速谱压缩原理,可以将航空发动机众多的转速循环类型归类到三个典型循环,即0-最大-0、慢车-最大-慢车和巡航-最大-巡航当中。本文给出了三循环谱编制的原理、程序统计方法与步骤。该方法已在某型发动机载荷谱监控系统中得到成功应用。     

环形模型燃烧室内不同Karlovitz数旋流预混火焰的直接数值模拟

为了更好地理解航空发动机燃烧室内的旋流预混燃烧现象和机理,基于相关特征参数采用直接数值模拟方法研究了模型燃烧室内的旋流预混火焰。其中计算模型简化自环形燃烧室,包含两个相邻的贫燃旋流,参数尽可能接近实际航空发动机燃烧室工况。模拟中,采用了简化的煤油反应机理,设计了不同Karlovitz数(Ka)对应高低两种负荷。结果表明,在高压下火焰面极薄,小尺度湍流扰动对火焰面影响显著,燃烧室内湍流预混火焰位于薄反应区。在下游由于相邻旋流的作用而产生较为破碎的火焰结构,这一现象在高Ka时尤为明显。雷诺数Re和Ka较大时,旋流剪切作用所导致的下游中心回流效应增强,剪切层中的湍流扰动效应也更强。航空发动机燃烧室内主要反应物和生成物基本满足梯度输运关系,且在Ka较大时,梯度输运效应更显著。然而对于中间产物,梯度扩散假设在火焰面附近不成立,这对基于梯度扩散假设的相关计算模型提出了挑战。     

口径近场的特征谱

 提出口径近场特征谱的概念,以描述口径设计近场特征。特征谱包括角域谱和时域谱,分别定义为口径近场区空域场和频域场在角域和时域的变换。理论分析和计算结果表明,特征谱可以在角域和时域上分离有限大口径的直达波和绕射波,因而可以用来描述口面尺寸、形状和场分布等条件改变时绕射场的相对变化,这对紧缩场设计具有参考价值。基于口面场卷积法,计算、比较了限度为5 m×5 m圆口径和方口径近场在X波段特征谱分布。并导出：口径近场角谱为口径场角谱和网络响应函数角谱的乘积,网络响应函数等效于一个空间角谱滤波器。     

多层快速多极子算法的改进措施

 为精确求解散射问题,采用混合场积分方程（CFIE）、多层快速多极子算法（MLFMA）和共轭梯度算法（CG）的收敛技术。基于传统多层快速多级子算法,详细研究了二维拉格朗日插值节点数对计算精度的影响,并改进了插值方法,在不同的层采用不同的插值节点数;提出了在不同的层采用不同的精度控制来计算多级子模式数;分析了稀疏矩阵的对称性对内存使用的影响以及磁场积分方程对迭代初始值的选择。数值计算结果表明以上改进可较大幅度地提高计算精度和计算效率,同时降低内存使用,可满足复杂目标电磁散射计算要求。     

子空间投影DOA估计算法分析及合成空间谱

 针对子空间投影波达方向（DOA）估计方法在非理想条件下性能下降的问题,提出利用加权信号子空间投影和噪声子空间投影获得合成空间谱的DOA估计方法。从不同空间投影矩阵的角度对多种基于特征分解的子空间投影DOA估计方法进行归类分析,在分析的基础上通过对信号子空间投影采用主特征值倒数加权,并与常规噪声子空间投影进行空间谱合成对多目标进行分辨。合成空间谱在低信噪比、小快拍数和非等强多目标条件下具有优良的目标分辨能力和稳健性。理论和统计性能分析表明其性能优于多重信号分类（MUSIC）和信号子空间模变MUSIC（SSMUSIC）方法,有较高的工程应用价值。     

一种平面埋入式进气道气动特性的试验

 针对一种平面埋入式进气道开展了高速吹风试验研究,获得了沿程静压分布、出口总压恢复图谱、基本气动性能和压力脉动特性。结果表明：沿程静压分布曲线显示,气流绕前唇口流动是先膨胀加速后减速扩压,进入内通道后上壁面静压均高于下壁面;巡航状态Ma₀=0.7,α=2°,β=0°时,进气道总压恢复系数σ=0.951,综合畸变指数W=3.55%,具有较高的性能;当Ma₀=0.6~0.8,α₀=-4°~6°,β=0°~4°范围内,σ在0.912~0.964之间,综合畸变指数在2.68%~7.43%之间,表明该平面埋入式进气道能够在较宽广的飞行包线内以较高的性能安全工作;脉动压力分析表明,出口总压脉动频谱均呈现出白噪声特征,无明显窄带信号出现,这对进气道/发动机匹配工作是有利的。     

基于GPS的多基线姿态系统研究

在QUEST算法的基础上,提出了非单位向量前提下的四元数估计算法。该算法考虑了基线长度对精度的影响,将其应用于自制的GPS多基线姿态系统,计算载体的姿态角,验证系统及算法的精度。通过两次实验结果对比表明:该套GPS姿态系统具有较高的精度,非单位向量的四元数估计算法计算精度明显高于TRIAD算法。     

氧化铝陶瓷凝胶注模成型凝固动力学研究

凝胶注模成型(Gelcasting)是一种近净尺寸陶瓷成型工艺,它是通过高分子聚合物自由基聚合反应来实现陶瓷料浆的原位固化的。通过建立料浆温度与凝固时间的曲线,来研究陶瓷料浆的凝固动力学,是简便可行的研究方法,结果表明:"驰豫时间"可以成功地描述陶瓷料浆的凝固过程。在Al2O3陶瓷料浆Gelcasting成型工艺条件优化的基础上,制备出了气孔分布均匀的Al2O3坯体。     

叶片数对微型斜流叶轮性能的影响

采用计算流体力学软件NAPA对叶片数不同的跨声微型斜流叶轮流场、性能进行了模拟,研究表明随着叶片数的增加,叶片载荷减小,叶背分离减小,叶片通道内流动改善,但叶片进口低压区域占叶片通道的比例增大,当叶片数增加到一定程度时主叶片不能全程加载.随叶片数的增加叶轮工作特性曲线左移的同时先上移后下移,通过与常规离心压气机最佳叶片数研究结果的对比表明,低雷诺数、微尺度效应及叶片占通道比例大使所研究微型斜流压气机的最佳叶片数略低于已有经验.