非稳态Navier-Stokes方程计算在新型跨音速涡轮设计中的应用

本文论述应用三维、非定常 Navier-Stokes 软件包来预测一种新型跨音速涡轮流道中的非稳态流动问题。对于这种新型设计,早期的二维工作已经表明:非稳态干扰对涡轮的性能有着很重要的影响,这种干扰不仅影响到级效率,而且能显著改变流动的时间平均特性。本工作是已作过的二维计算工作的自然延续,并讨论了一些在二维计算中出现的问题。这些计算工作是作为实际设计过程的组成部分而进行的,同时也证明了非稳态动——静叶交互计算在涡轮机械设计中的价值。计算结果以时间平均的压力和叶型表面的压力幅值形式给出.另外,为了进一步理解流动的粘性和非粘性特性,本文给出了压力和马赫数的瞬时等值线图。文中还给出了有关的二次流特征,例如总压的横向分布图和质量平均参数在翼展方向的分布。     

二维翼型实验的侧壁影响研究

本采用油流显示技术，测量模型弦向和展向压力分布的方法，对二维翼型风洞中的侧壁附面层影响进行了研究。为能更详细了解侧壁对模型的影响，采用不同弦长的模型和两个不同风洞的实验结果比较的方法，由油流显示揭示侧壁干扰流动图画，利用侧壁抽气和干扰修正方法，来消除侧壁对模型的影响，实验结果表明，选取合理的抽气方式可得到有效的二维实验结果。     

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。     

基于三维特征线理论的曲面激波流场反设计方法

激波流场反设计技术是高超声速乘波布局设计领域的核心技术之一。为了克服传统吻切理论在设计全三维曲面激波流场时的缺陷,本文提出了一种基于三维特征线理论的设计方法。该方法构造了一种包含四条马赫线和一条流线的三维基本单元,发展了用于设计曲面激波流场的阵面推进方法及并行加速方法。通过对Euler方程中微分算子进行特征分解,重构了流场的控制方程,并提出了适用于求解该控制方程的Tikhonov-Lagrange拟合法,实现了三维流场的稳定求解。利用提出的设计方法,分别对高马赫数圆锥激波流场、椭圆锥激波流场、小攻角来流下的圆锥激波流场及由Bezier曲面描述的一般性曲面激波流场算例进行了设计,并与数值模拟结果进行了对比。计算结果表明,当前设计方法实现了对横向压力梯度及攻角引起的三维流动效应的合理求解,其中典型截面的壁面压力及马赫数分布与数值模拟结果相比误差分别小于0.3%和1.7%,且具有较高的并行效率。该设计方法拓展了特征线理论在全三维激波流场反设计领域的应用范围,在高超声速全三维乘波布局设计领域具有重要发展前景。     

高速可压反应流的二维简化离散玻尔兹曼模型

如何有效模拟高速反应流现象是当前航空航天、能源与动力工程等领域的难点和热点。为此,本文提出了适用于超声速可压缩反应流的简化离散玻尔兹曼模型（DBM）。该模型基于动理学方法,使用形式统一的离散玻尔兹曼方程描述化学反应流的演化过程。在方程右侧,通过化学反应项将化学反应与多物理场自然耦合。该DBM使用二维九速模型,其离散速度分为三组,每组大小独立可调。为了描述分子转动和振动对应的额外自由度,引入了三组独立可调的参数用于描述额外自由度部分的内能。由此,该DBM具备了模拟比热比可调的反应流系统的功能。另外,平衡态离散速度分布函数与化学反应项各自满足九个独立的矩关系,其表达式都可以通过矩阵求逆的方式获得。通过ChapmanEnskog多尺度分析可以证明,该DBM除了能够在连续性极限条件下恢复描述化学反应流的Euler方程组之外,还具有描述一定热力学非平衡行为的功能。最后,通过数值算例表明,该DBM的数值结果与理论解吻合。     

ＳＭＰ 复合壳结构力学性能的有限元分析

基于建立的三维ＳＭＰ 本构方程ꎬ采用有限元的方法对ＳＭＰ 壳结构的弯曲和展开性能进行了建

模和仿真ꎬ重点研究了该壳的高温加载ꎬ降温固形ꎬ低温卸载和升温恢复的形状记忆过程ꎬ并进一步分析了金属

壳片对ＳＭＰ 壳的增强效应ꎮ 通过本构方程和有限元方法有效地描述了三维复杂应力状态下ＳＭＰ 壳的形状记

忆行为ꎬ 模拟得出了壳的反向弯曲的弯矩大于正向弯曲的弯矩以及弯矩－转角曲线具有明显的非线性ꎬ得出金

属薄壳能够有效的提高壳结构的刚度和形状恢复力。

     

铅化合物在双基推进剂燃烧过程的作用机理

本文提出了铅化合物催化双基推进剂燃烧的反应历程。充分说明这类化合物是最终通过提高燃烧表面处嘶嘶区温度梯度提高燃速的。本文还提出了“铅化合物有通过增加燃烧表面上碳质物量增加燃速的一面,还有通过减少碳质物抑制燃速增加的一面”这一新的论点及抑制碳质物增加的反应并阐明了压力对这种抑制能力的影响。最后根据本文提出的作用机理及传热原理圆满解释了超速、平平和/或麦撒效应。     

卫星表面热控涂层空间退化特性的综合环境模拟试验方法

卫星外表面在轨遇到的空间环境复杂而又严酷,会导致某些热控涂层的太阳吸收率严重退化。特别对于长寿命卫星,热控涂层的轨道退化更应引起注意。因此试验评估热控涂层退化是非常重要的,其重要性主要表现为以下两方面,一是为长寿命卫星的热设计提供可靠的热控涂层退化数据:二是为高稳定热控涂层的研制者提供试验检验手段。地面模拟卫星外表面热控涂层的空间环境效应需要进行空间综合环境模拟试验。有三方面模拟问题在该类试验中应得到充分考虑:第一是多环境的协合效应问题;第二是加速试验的互易性问题;第三是太阳吸收率的原位测量问题。这三方面的考虑都是为了提高模拟的真实性。文章介绍”卫星空间辐射综合环境模拟试验”的必要性、试验装置和测试系统、试验方法和试验结果及结论与建议。     

液氢液氧火箭发动机非线性静态特性仿真与分析

在考虑泵后推进剂温度和密度变化的情况下,建立低温液体火箭发动机非线性稳态工作的数学模型,以设计点参数为初始值采用离散牛顿法对大范围参数扰动下氢氧发动机的静态特性进行仿真,并对包括真空推力和真空比冲在内的重要参数的变化情况做相应的分析;在引入故障影响因素的情况下,针对液体火箭发动机中常见的典型故障模式进行稳态故障效应仿真和分析,为该发动机的故障检测与诊断工作奠定了基础。     

基于PID控制的主动磁轴承-飞轮转子系统运动稳定性研究

磁悬浮支承应用于控制力矩陀螺具有很多优点,但是飞轮转子在高转速下表现出的陀螺效应是影响系统稳定性的主要因素。现研究了由于陀螺效应产生的章动和进动造成系统失稳的根本原因,并对控制系统提出改进方案。为研究方便,提出了相位分析的方法进行PID控制系统分析。研究结果表明,章动失稳的主要原因是系统的相位滞后引起,进动失稳主要因为积分控制项对系统负阻尼作用引起,同时,研究表明积分控制对系统章动稳定性影响很小。