高超声速飞行器构型的数值模拟、试验研究与优化设计

综合升力体和乘波构型的气动性能优势,发展了一种高超声速飞行器前体气动构型的设计方法。运用该方法参考某高超声速飞行器气动布局方案,设计了一种高超声速飞行器气动布局。对该类高超声速气动布局进行了数值模拟、优化设计和试验研究;并研究了该类气动布局在高空飞行时,稀薄气体效应对气动性能的影响。数值模拟结果表明：构型前体预压缩面能够将高压气体封闭在构型下表面,实现了乘波构型的设计概念;优化设计结果表明,对于该构型宽展比应在0.4~0.6之间,通过优化升阻比至少有3%~5%的提高余地。对DSMC算法的碰撞模型和有效碰撞次数进行了改进,发展了临近空间飞行器气动性能模拟软件。研究结果表明,在临近空间区域,该类气动布局的升阻比特性略有下降,但仍旧保持了高升阻比的气动优势。     

不同来流条件对涡轮叶片表面颗粒沉积影响的实验研究

为了研究微颗粒在涡轮叶片表面的沉积特性,采用熔融态石蜡代替熔融态微颗粒,通过石蜡在平板表面的沉积来模拟真实涡轮叶片表面的微颗粒沉积,从而开展较低温度条件下微颗粒的沉积实验。通过实验观察石蜡在试验件表面附着固化分布,同时测量石蜡在平板表面不同位置的沉积量,研究了不同来流攻角、颗粒浓度对平板表面颗粒物沉积的影响规律,分析了等效加速实验的颗粒物沉积效果。结果表明:颗粒物沉积主要发生在平板前缘及压力面的中后部,前缘的颗粒沉积物质量远大于压力面和吸力面的。随着攻角的增大,压力面和吸力面沉积量显著增大,前缘变化不明显;随着来流颗粒浓度的增加,前缘和压力面的沉积量增加;对于已有等效加速实验准则,保持总粒子喷射质量相同,在颗粒浓度升高,实验时间变短的情况下,平板前缘位置的沉积量增大。     

蜂窝式轴心通风器油气分离性能计算

为对航空发动机蜂窝式轴心通风器油气分离效率进行研究,建立考虑油气双向耦合的流场计算方法及油滴/壁面相互作用模型,在验证通风阻力及油气分离效率可靠性的基础上,对不同转速、通风流量和环境温度下蜂窝式轴心通风器的油气分离效果进行计算和分析.结果表明:转速的增加会使油气分离效率得到提升,而通风流量和环境温度的增加则导致油气分离效率的降低.蜂窝孔结构的加入对通风阻力影响不大,却对通风器的滑油分离过程起主要作用,计算表明其对滑油分离贡献率在80%以上.      

金属海绵阻力特性数值计算

采用体心立方结构和Kelvin结构重建金属海绵的胞体结构,分析比较了单相流和两相流下金属海绵内部阻力、不同切角时金属海绵内部阻力.结果表明:①体心立方结构能够达到的孔隙率e的范围为68.01％＜e＜98.01％;而Kelvin结构能够达到的孔隙率的范围为72.1％＜e＜98.7％;②油滴质量分数为9.1％、进口速度小于20 m/s时,两相流计算的压降比单相流计算的压降高约5％;③切向角为30°的Kelvin结构金属海绵与实际金属海绵的阻力特性一致性较高,能够较好地表征金属海绵的阻力特性.     

润滑系统管路流动与换热耦合计算研究

为研究沿程管路换热与滑油流动之间的耦合问题,通过分析主要元件的流动和换热特性,引入元件换热的能量方程,结合管路流动的连续性方程和动量方程,建立了润滑系统管路热流耦合计算模型。针对一段发动机供油管路,利用MATLAB/Simulink建模仿真工具包,建立其热流耦合网络计算模型,获得滑油流量、温度以及管壁温度等参数,采用商业软件Flowmaster对其进行验证。模型计算结果与Flowmaster计算结果非常接近,滑油流量和温度的最大误差均不超过3%,管道壁温的计算误差不超过2.4%,说明建立的热流耦合计算模型具有良好的仿真精度,适用于考虑沿程管路换热的发动机润滑系统计算分析。     

线接触弹流润滑最小油膜厚度综合对比分析

针对航空发动机中某直齿轮节圆位置,考虑弹流润滑中的热效应,研究了速度参数（■）,载荷参数（■）与材料参数（■）对等温解与热解的影响。并对目前广泛用于计算等温条件下最小油膜厚度的三种经验公式进行了对比分析。发现在本文研究的工况范围内采用Грубин与Dowson公式计算得到的弹流润滑等温解与热解误差较大。而Yang公式在速度参数较低或载荷参数适中的情况下等温解与热解误差较小,在部分工况中可以直接采用该公式对线接触最小油膜厚度进行预测。三种等温经验公式均将载荷参数的影响估计过高。同时以相对误差10%作为量化等温解与热解的界限给出了各无量纲参数的参考范围,若满足以下条件之一,则不可忽略弹流润滑中热效应的影响,等温解不再适用：■。     

航空发动机润滑系统通用分析软件开发

发展了一种全新的航空发动机润滑系统通用分析软件.采用流动换热的网络算法, 将发动机润滑系统分解成由相应的典型元件和节点组成的网络, 用有限的元件和流动介质类型就可描述通用的发动机润滑系统.元件分为简单元件和组合元件, 并和润滑系统结构一一对应, 方便了元件的初始化.软件前台采用图形建模方式生成计算网络, 后台采用了网络自动识别技术, 方便了复杂网络的建立.可视化界面及支撑数据库, 提高了软件的易用性.      

S形进气道流动控制数值模拟研究

采用CFD技术,结合试飞数据,对某S形进气道进行了加涡流发生器的流动控制数值模拟研究.着重分析了三个不同位置加涡流发生器后,进气道内部二次流的发展;之后比较了不加涡流发生器及不同位置加涡流发生器时进气道出口总压恢复、畸变等情况.结果表明涡流发生器明显地影响着进气道内部二次流的发展变化,涡流发生器对进气道出口周向稳态总压畸变有较大程度改善,但是对于提高总压恢复效果不明显.     

基于MATLAB/Simulink的飞机燃油箱内燃油温度仿真计算

燃油温度是飞机燃油箱可燃性评估的关键参数之一。为了研究飞机燃油箱内温度的分布规律及传热模型的正确性,采用MATLAB/Simulink软件平台搭建出了客机的燃油箱热仿真模型。在输入飞行实验所对应的的边界条件后,通过数值模拟获得燃油箱内部各计算节点处的燃油温度。结果表明,在三种不同的航行条件下,燃油箱热模型仿真结果均能较好地与飞行实验结果吻合,能够将计算误差控制在一定范围内。采用该燃油箱热模型进行热仿真数值模拟可以获得较为准确的飞机燃油箱热特性,能够在飞机设计阶段,用于对燃油箱结构以及内热源部件布置的优化。     

静态封严篦齿内部流动与换热的数值计算

建立二维篦齿模型,运用数值方法,从分析齿腔内流场和篦齿顶板换热的角度研究了篦齿的封严特性.通过多种工况的计算,探讨了雷诺数、齿顶宽和齿隙之比对篦齿腔内流动、压降损失以及齿腔顶板换热系数之间的关系.计算数据和实验数据进行比较,发现变化规律一致,误差较小.研究结果表明:雷诺数、齿顶宽和齿隙之比影响着齿腔内部流动和换热的状态,是最终成为决定篦齿封严效果的重要因素.