反压气流温度及传热对隔离段激波串的影响

隔离段出口反压,气流温度和传热都影响激波串的位置,长度和隔离段的性能.采用实验方法和数值方法对均匀来流情况下具有不同隔离段长度的超燃冲压发动机燃烧室内流动进行了研究.分析了隔离段的下游反压前传模式和反压对隔离段激波串的影响;用数值方法研究了温度和传热对激波串及隔离段性能的影响.结果表明:隔离段越长,激波承受能力越强,极限反压越大;对超音速气流加入热量能够增加附面层厚度,减小气流马赫数.降低隔离段的抗反压能力;高温气流产生的激波串长度相对较长,因此需要更长的隔离段来防止发动机不启动.     

合成气燃烧数值模拟与验证

以整体煤气化联合循环(IGCC)系统中的合成气燃烧室为研究对象,针对天然气改烧合成气后非预混火焰的燃烧特性开展数值模拟与实验验证,经与实验数据对比,结果显示大涡模拟能够准确预测燃烧室内的平均流场与温度场、速度脉动分布,对燃烧过程产物OH自由基的预测与实验结果有所偏差,为后续分析工作奠定基础。通过将数值模拟与实验测量相结合,对同一喷嘴结构燃烧室内使用天然气、氢气、一氧化碳以及合成气等不同燃料时的燃烧特性进行了对比分析,结果表明该喷嘴结构适用于合成气燃烧,与天然气火焰相比,合成气火焰在喷嘴出口位置形成的高温区对改善合成气燃烧室的不稳定性具有积极的意义,同时燃烧室壁面的热负荷更高。     

时滞系统的变结构控制及其在火箭发动机燃烧过程镇定中的应用

火箭发动机燃烧室中燃烧过程的动力学模型是一不稳定时滞系统,用传统的线性状态反 馈方法来镇定它,所得到的闭环系统对燃烧时滞及压力指数的鲁棒性很差.本文采用文[1]中 提出的变结构控制方法来镇定该燃烧过程,所形成的闭环系统显著地改善了系统对燃烧时滞 及压力指数的鲁棒性.     

超声速轴对称进气道稳定工作范围研究

基于二维轴对称N-S方程,利用一阶迎风格式和k-ε湍流模型,对超声速轴对称外压式单/双锥进气道流场进行了数值模拟.所得流场结构清晰.研究结果表明:在设计马赫数为2.5时,对于长度相等且具有同等扩压特性的进气道而言,双锥进气道的总压恢复系数比单锥进气道高,且其稳定丁作范围更宽,然而,其出口马赫数比单锥进气道高.在超临界状态下,随着进气道出口反压的提高,结尾正激波向喉道方向移动,结尾激波损失减小,总压恢复系数提高,进气道出口流场畸变程度降低.     

旋转固体火箭发动机统一流场计算

为了进一步研究旋转对固体火箭发动机工作的影响,采用RSM湍流模型对内孔燃烧、内孔与端面同时燃烧管状装药旋转固体火箭发动机统一流场进行了仿真。采用UDF编程给出质量入口边界,获得了旋转条件下发动机内流场结构参数特点,并给予理论说明。计算结果表明,内孔燃烧装药发动机切向速度流场类似于典型的Rankine涡,端面和内孔同时燃烧装药发动机切向速度流场呈现出Rankine涡和由端面燃烧引起的强迫涡的复杂组合涡;在发动机前封头和喷管喉部涡核切向速度峰值非常大,使燃烧室前封头和喷管喉部工作环境显著恶化;旋转使发动机燃烧室压力沿径向逐渐增大,强迫涡附近的压力梯度远大于推进剂表面的压力梯度。     

利用压电元件的空间挠性结构振动主动控制研究

挠性结构是一种典型的空间结构形式,这种结构有模态频率低、模态密集和阻尼小的特点,在外界扰动下易引起振动,对航天器的定位精度和精密仪器的正常工作造成影响,但传统的被动振动控制方法难以奏效。基于压电元件的振动主动控制是最有潜力的一种振动抑制方法。本文模拟空间结构制作一挠性梁,通过实验分析和压电传感器／驱动器布置位置和数量的优化设计,采用独立模态方法对梁的振动进行控制,取得了良好的抑振效果。     

基于单电极双模态数字化系统设计

由于电阻层析成像(ERT)和电容层析成像(ECT)具有不同的应用范围,为了拓宽测量范围,通常采用ECT和ERT阵列电极组合形成双模态结构。作者在传统ECT传感器研究基础上,提出了一种新颖的单电极双模态传感器结构,并有效消除了两模态的相互影响,实现单模态或双模态运行。本文设计的数字化系统,充分利用FPGA和DSP,实现了全数字正交序列解调,系统的速度和精度都得到了提高。对系统中单电极双模态传感器、激励信号发生模块、电阻/电容转换电路及相敏解调单元等进行了分析。实验表明,该系统工作稳定、使用灵活,明显拓展测量范围。     

轮式移动机器人智能变结构控制算法研究

针对参数摄动和存在外部扰动的轮式移动机器人的运动控制问题,设计一种多模态控制和模糊PID控制可相互切换的智能变结构控制器.从轮式移动机器人的运动学特性出发,根据轮式移动机器人误差的状况,提出多模态控制和模糊PID控制相结合的控制方法.同时,多模态控制按照误差的变化情况来划分控制模态,是一种更加合理地模仿人思维的控制方法.仿真结果表明,与传统的PID和模糊PID控制方法相比,能较好地弥补了系统参数摄动的影响,提高了机器人运动控制品质.     

燃气侧喷固冲发动机补燃室流场三维数值研究

采用标准κ-ε二方程模型和涡团耗散模型对固体火箭冲压发动机补燃室内流场进行了三维数值模拟研究.考虑燃气喷射角度,补燃室出口反压对燃烧流场的影响.得出了反应物和产物组分、温度等发动机参数的变化趋势.其中燃气喷射角度分别为30°,45°,60°.结果表明:增加喷射角度,补燃室头部温度升高,燃料完全燃烧所需补燃室长度减少;增大出口反压有利于补燃室内燃烧的进行.该结论对固冲发动机补燃室的理论设计和实验优化有重要作用.     

基于龙伯格观测器的感应电机预设性能位置跟踪优化控制EI北大核心CSCD

考虑暂稳态约束、控制参数优化及参数摄动和负载扰动等对感应电机位置跟踪控制性能的影响,本文提出了一种基于龙伯格观测器的预设性能优化控制方法.首先,针对电机转子磁链在实际中不可测的问题,采用龙伯格观测器对其进行了快速准确的估计.其次,基于反步法完成感应电机位置预设性能控制器的设计,基于变增益指数趋近律完成感应电机磁链滑模控制器的设计,通过构造干扰观测器对电机系统中由参数摄动和负载扰动引起的不确定项进行观测,实现了对系统给定值准确的跟踪控制.再次,将遗传算法(GA)与改进的粒子群优化(IPSO)算法相结合,对所设计的控制器参数进行优化整定,进一步提高了系统的收敛速度和稳态精度.基于李雅普诺夫稳定性理论分析表:所设计的控制器能够保证位置跟踪误差一直处于预设边界内,且整个闭环系统是全局一致有界稳定的.最后,通过仿真和模拟实验对比分析验证了本文所提方法的有效性及在实际电机系统中应用的可行性.     

液体冲压发动机仿真模型研究

发展了一种弹用液体冲压发动机仿真模型.利用小偏离线性化理论和分段集总参数法,分别研究了超声速进气道、燃烧室和可调收敛喷管的建模方法.以正激波作为上边界,燃油流量的小变化作为扰动方程,喷管作为下边界,从而建立了液体冲压发动机仿真模型.根据所建立的仿真模型,对冲压发动机系统进行了仿真实验.仿真结果验证了仿真模型的有效性和合理性.该模型可用于液体冲压发动机控制系统的研究.     

反馈线性化与滑模控制方法在发动机不稳定燃烧主动控制中的应用

以发动机不稳定燃烧过程为研究对象,建立起发动机不稳定燃烧力学系统与控制系统的数学模型,进一步应用基于微分几何的反馈线性化方法,将原非线性系统等价为完全可控线性系统,然后设计了滑模控制器.仿真结果表明,具有跟踪精度高、响应速度快、抗干扰能力强的反馈线性化与滑模控制方法,在发动机不稳定燃烧主动控制中有一定的潜力.     

MEMS-based combustor with hairpin-shape design of gas recirculation channel

This paper describes the design, fabrication and test of a silicon-based micro combustor, which is a part of a micro power generation system under development. Based on the three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulation and analysis of different micro combustor design, a hairpin-shape design for air/fuel recirculation channel is adopted. The combustor is fabricated from seven single crystal silicon wafers using deep reactive ion etching (DRIE) process. It has been assembled successfully with gas tubing and thermal couplers for monitoring the exit gas temperature. The effect of mass flow rate on the combustion characteristics is studied experimentally and numerically under several operating conditions. The exhaust gas temperature can reach the range from 870 to 1,100 K. The results indicate that with the increases of the mass flow rate, the combustor exhaust gas temperature increase as well in both experimental and the simulated results. This is due to the heat released in the combustor increases with the fuel/air mass flow rate.     

MEMS-based combustor with hairpin-shape design of gas recirculation channel

This paper describes the design, fabrication and test of a silicon-based micro combustor, which is a part of a micro power generation system under development. Based on the three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulation and analysis of different micro combustor design, a hairpin-shape design for air/fuel recirculation channel is adopted. The combustor is fabricated from seven single crystal silicon wafers using deep reactive ion etching (DRIE) process. It has been assembled successfully with gas tubing and thermal couplers for monitoring the exit gas temperature. The effect of mass flow rate on the combustion characteristics is studied experimentally and numerically under several operating conditions. The exhaust gas temperature can reach the range from 870 to 1,100 K. The results indicate that with the increases of the mass flow rate, the combustor exhaust gas temperature increase as well in both experimental and the simulated results. This is due to the heat released in the combustor increases with the fuel/air mass flow rate.

     

弹用混压式轴对称进气道开槽数值仿真

为了提高定几何超声速混压式轴对称进气道的性能,应用在进气道不间位置开槽的方法,研究了在各级锥体上、进气道肩部、喉道下游分离区等不同位置开槽对进气道性能的影响;研究了多工况下锥面上开槽时进气道总压恢复系数、流量系数、冲压比和起动性能等产生的影响.研究表明锥面开槽将改变超声速进气道头锥上的压缩性能,从而提高了进气道高马赫数下的总压恢复系数与冲压比,同时能有效降低进气道的重量;在进气道肩部开槽能消除进气道肩部的分离;在进气道喉道下游分离区开槽能改善该位置处的分离.     

柴油机可调涡流比燃烧过程三维仿真

在柴油机进气歧管前安装蝶形涡流调节阀,通过调整直气道侧的有效流通面积改变缸内涡流强度。在稳流吹风试验平台,研究涡流调节阀角度对进气道流量因数和涡流比的影响,并结合粒子图像测速（particle image velocimetry,PIV）分析缸内涡流的形成过程。采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）评估涡流调节阀角度对缸内混合气体形成过程的影响,计算结果可复现三维 PIV测量的缸内流场结构和相似的涡心位置。随着进气门关闭,涡流比从0.57提高到2.05,油气在周向的相互作用增强,从而加速预混燃烧阶段的放热速度,促使燃烧重心提前、燃烧持续期缩短。在相同进气流量条件下,强涡流运动也促使累积放热量增加。     

High-energy density miniature thermoelectric generator using catalytic combustion

This paper describes the components and system of a thermoelectric (TE) generator with a catalytic butane combustor. The combustion chamber with a size of 8 mm/spl times/8 mm/spl times/0.4 mm is etched in a 0.65-mm-thick silicon substrate, and bonded to both sides of a 0.77-mm-thick glass substrate with a thin-film ignition heater. A set of 34 couples of BiTe TE elements, each with a size of 0.65 mm/spl times/0.65 mm/spl times/2 mm, are directly bonded to both sides of the combustor. The combustor without the TE modules was tested using butane as fuel, and self-sustaining combustion and electrical ignition were achieved. Also, nearly 100% combustion efficiency and a uniform temperature distribution were confirmed by gas chromatography and infrared thermoimaging, respectively. When the TE modules were attached to the combustor, however, butane combustion was impossible. The characteristics of TE generation were measured using hydrogen as fuel. When a theoretical combustion power was 6.6 W, the maximum output power of 184 mW was obtained with a load of 5.68 /spl Omega/. The total efficiency in this experiment was 2.8% (184 mW/6.6 W).     

自动化工作面液压支架控制器设计

针对目前大多数煤矿仍采用手动方式操控液压支架控制器而导致作业效率低、操作安全性差等问题,介绍了一种自动化工作面液压支架控制器的硬件设计方案,重点阐述了该控制器集控功能及自诊断功能的实现方案。该控制器采用双控制核心结构及双RS485总线通信模式,可对液压支架顶板压力、推溜位移、采煤机位置等信息进行实时监测、处理及上传;可根据端头控制器发来的工艺指令自动跟踪采煤机,完成自动拉架、自动推溜等自动化采煤作业流程;采用I2C总线通信方式实现了自诊断功能,可实时监测并修正液压支架的故障动作信号。地面工业性试验及故障模拟实验验证了该控制器设计方案的正确性。     

Mesomechanical simulation of shock compaction of porous aluminum

A mesomechanical simulation of shock loading of porous aluminum has been carried out for thermo-elastic-plastic medium using a modified 2D SPH method. The periodic structure of porous aluminum is set explicitly and possesses the properties of a solid aluminum. The shock compression is modeled by the impingement of a porous plate with a rigid wall. The calculated flow fields of the material show the main moments of loading dynamics: a multiwave shock structure at a low shock intensity, collapse of the pores in a strong shock wave, and the formation of material compaction in two stages at the front, the formation of pressure oscillations behind the shock front, and the influence of thermal conductivity on oscillation damping. The calculated Hugoniot adiabat is in good agreement with the experimental data.