基于微型涡喷发动机的轴对称矢量喷管特性

以微型涡喷发动机为平台进行了收敛型轴对称矢量喷管的数值特性模拟和实验验证。以雷诺时均方程为控制方程,采用SSTk-ω模型研究了在微型涡喷发动机设计状态下轴对称矢量喷管不同几何偏转角下的俯仰推力矢量角特性、推力特性等,并基于该型微型涡喷发动机推力矢量特性实验对仿真模拟结果进行验证和补充。数值模拟和实验的结果表明,喷管出口几何偏转角在0°到20°之间,发动机推力损失较少,且俯仰推力、俯仰推力矢量角与几何偏角具有良好的线性关系。     

比热变化对激波诱导气动矢量喷管影响的数值研究

采用基于雷诺平均的二维Navier-Stokes方程和RNG κ-ε 湍流模型的有限体积法,考虑比热随温度的变化,对激波诱导气动矢量喷管的流动情况和性能进行了数值仿真研究。结果表明:与平均定比热计算相比,变比热计算的喷管流动情况发生了较大变化,激波位置前移、激波强度减弱、喷管出口气流平均速度增大;进一步分析发现,与平均定比热计算相比,变比热计算的喷管推力系数、推力矢量角、推力矢量效率均有所增大。     

电弧放电诱导喷气流偏转数值模拟研究

利用电弧放电，在拉瓦尔喷管的扩散段内诱导出斜激波，使得扩散段内的超声速气流经过该斜激波后发生偏转喷出喷口，从而产生推力矢量。为获得不同条件对电弧放电诱导喷气流偏转效果的影响规律，在电弧放电与超声速流场耦合的数学模型基础上，开展喷气流马赫数1.5的条件下，电弧放电区域大小、放电温度、放电位置及喷管落压比对电弧放电诱导喷气流偏转效果影响规律的数值模拟研究，并通过初步的实验验证。实验结果表明电弧等离子体诱导激波产生喷气流偏转的方案可行，数学模型建立正确。     

射流角度对流体控制矢量喷管的影响

采用基于雷诺平均的三维N-S方程和RNGk-ε湍流模型对某型喷管射流注入时的全流场进行了数值模拟,计算结果和试验数据符合良好。为研究射流注入角度对喷管流场的影响,数值模拟了9组射流角下的喷管流场,计算结果表明:射流垂直壁面注入时产生的推力矢量角最大,逆流注入气流对喷管流场的改变要明显大于顺流注入气流的影响,但产生的损失也较大。     

单缝流体推力矢量喷管的气动特性

流体矢量喷管重量轻,便于维修,应用前景可观。但二次流的存在造成了流场振荡,因此研究矢量喷管的流动特性具有重要的理论和工程意义。运用数值模拟方法,通过在二元收扩(2DCD)喷管的扩张段引入二次流,研究激波控制的流体推力矢量喷管的气动特性。利用分离涡模拟(DES)湍流模型进行矢量喷管非定常流场的数值计算,先后得到了流场的流线、涡量系数、密度梯度和熵的分布。结果表明:随着流动的发展,激波不断发生振荡,上、下壁面唇口处生成的涡沿着剪切层外侧不断向下游脱落;尾流内上剪切层的摆动角度和熵增皆大于下剪切层。     

喷口修形对二元喷管红外特征影响的数值研究

为降低排气系统的红外特征,以轴对称喷管为基准,设计了一种出口宽高比为4∶1的二元喷管;并对二元喷管出口型面进行不同尾缘修形。在商业软件中计算了二元喷管的温度场、速度场、压力场和组分浓度场的分布,采用自主开发的红外软件NUAA-IRSE,用反向蒙特卡罗法计算各喷管的红外辐射特征;并与基准轴对称喷管的计算结果进行对比。计算结果表明:二元喷管及对其尾缘修形后,遮挡了部分排气系统内部的高温部件,强化了尾喷流的掺混,在大部分探测方向上抑制了排气系统的红外特征;在喷管推力系数下降小于2%前提下,尾喷流红外最大降低36%,高温壁面红外最大降低28%。     

多控制面对二元机翼静气弹特性的影响

基于CFD/CSD松耦合数值计算方法,以加装前、后缘控制面且刚心靠后的二元机翼为模型,在Ma=0.3时,针对多控制面对二元机翼气动特性和弹性变形特性的影响进行了计算和分析。结果表明,控制面同向偏转时,气动特性略差,但扭转变形得到明显抑制,扭转角峰值θ_(max)相对于无控制面偏转时下降了43.32%~62.92%;控制面反向偏转时,扭转变形特性差,气动特性明显提高,相对于无控制面偏转,最大升力系数C_(lmax)增大了42.96%~57.58%,失速迎角提高了约4°。该研究可为多控制面在前掠机翼气动弹性主动控制中的应用提供参考。     

变推力轴线无人机的混合姿态控制

为提高无人机的自主飞行性能,提出了一种气动舵面偏转控制与推力偏转控制相结合的混合姿态控制方法。给出了推力可偏转情况下的飞机总外力和外力矩。讨论了总外力的变化对飞行机动性的影响,分析了推力力矩对气动力矩的操纵补偿效率。在常规无人机姿态控制系统的基础上,引入纵横向推力偏转角作为新的控制量,设计了飞行姿态控制系统的混合控制模式。对受气流干扰下的无人机姿态稳定控制进行仿真研究。结果表明,变推力轴线技术能够改善飞机在强气流干扰下的操稳特性,减小飞行姿态角偏差和气流角偏差,且对操纵舵面效率不足的问题具有补偿作用。     

带矢量喷管的高超声速飞行器的跟踪控制

基于跟踪控制理论,本文研究了具有矢量喷管的吸气式高超声速飞行器的控制问题．首先本文建立了基于矢量喷管的吸气式高超声速飞行器的动力学模型．该模型表现为矢量喷管推力对飞行器纵向力矩的作用很大,而对速度的影响很小．在相同的控制参数下,本文给出了飞行器的三种不同的跟踪控制模式．基于极点配置和Youla参数化方法设计切换的跟踪控制律,实现了不同控制模式之间的平滑切换,并且保证切换过程中闭环系统的稳定性．最后,通过对仿真结果的分析验证了矢量喷管技术在吸气式高超声速飞行器控制中的优势,并且指出多种控制方式协调配合对高超声速飞行器的姿态控制具有重要意义．     

射流角度对固定几何结构二元喷管气动喉道的影响

采用基于雷诺平均的二维N-S方程和RNG κ-ε湍流模型的有限体积法,对在喷管喉道附近注入不同角度对称射流的二元矢量喷管全流场进行了数值研究.结果表明:射流与主流的总压比RSP越大,射流角度越接近0°,喷管有效喉道面积比越小.与无射流时相比,当射流缝处于喉道处,射流缝宽度为1 mm,射流角度为0°,RSP=1.0时,喷管相对喉道面积比可达到78.15%;保持RSP不变时,改变射流角度,喷管总压恢复系数、推力系数和射流流量基本保持不变;通过改变射流角度可以有效控制喷管的喉道面积.     

添加Al2O3--ZrO2复合粉改性氧化锆质定径水口及其损毁机理

通过添加溶胶-凝胶法制备的Al2O3-ZrO2复合粉,对陶瓷型和颗粒型氧化锆质定径水口进行改性.对比研究了陶瓷型和颗粒型定径水口改性前后物理性能,矿物相组成和显微结构的变化,并通过现场连铸实验对四种定径水口损毁机理进行了探讨.结果表明:相较于颗粒型定径水口,陶瓷型定径水口的显气孔率较低,体积密度和耐压强度较高,热震稳定性较差,抗侵蚀和冲刷性能较好.通过添加Al2O3-ZrO2复合粉改性后的定径水口显气孔率降低,体积密度增加,耐压强度提高,颗粒型定径水口的热震稳定性有了较大的提升,热震次数约为改性前的1.5倍以上.通过对连铸现场实际使用35 h后的残样分析发现,陶瓷型水口损毁主要是由于热震稳定性差导致使用时发生炸裂,炸裂产生的裂纹引起一定程度的剥落和扩径.未改性颗粒型定径水口由于强度低和显气孔率高,剥落和扩径更为严重,添加Al2O3-ZrO2复合粉改性后生成的镁铝尖晶石增强相大幅度提高了颗粒水口的热震稳定性和抗冲刷侵蚀性能,连铸现场使用后几乎未扩径.     

溶有甲烷煤油的稳态喷雾特性研究

研究了当溶有甲烷的煤油稳态通过直圆孔喷嘴时形成减压沸腾喷射的喷雾特性，试验使用了基于小角度向前散射理论的激光粒度分析仪和数码照相机，由溶解压力控制甲烷的溶解量，利用溶解气体释放产生的沸腾现象来改善雾化，分析了不同的甲烷溶解量、测量位置、喷射压力和喷嘴长径比对流量系数、喷雾形状和锥角、索特平均直径的影响．研究表明：对应于不同长径比的喷嘴，存在一个溶解度临界值，溶解度大于该值时促进雾化，小于该值时抑制雾化；甲烷的溶入使煤油喷雾锥角急剧增大；喷嘴内部气液两相流的性质对溶气油喷雾特性有很大的影响。     

圆形喷嘴内部结构对射流冲击换热性能的影响

研究了内部结构分别为柱状和锥状喷嘴的射流冲击换热性能.在初始条件和边界条件相同的情况下,利用计算流体力学软件Fluent对两种喷嘴的冲击换热过程进行了热流耦合模拟.对流固交界面的压力、剪切力、湍流强度、对流换热系数等流场和温度场数据进行对比分析.模拟结果表明,锥状结构喷嘴的射流冲击换热性能明显优于柱状结构的喷嘴.所得结论对热轧钢超快速冷却设备喷嘴的设计具有指导意义.     

环形与圆形喷管水下气泡生成的实验对比研究

对环形喷管与圆形喷管水下气泡生成进行了实验对比研究.利用自行设计建设的水下气体射流实验系统,结合高速摄影仪图像记录及图像处理,比较分析了两种喷管气泡生成的异同.研究表明:对于圆形喷管,其气泡生成随气体流量增加依次呈现单周期、双周期和三周期特性;而环形喷管,在初始低流量时,气体在环形喷管出口截面呈随机无规则喷发,一旦形成稳定环形气泡则直接进入三周期区制;两种喷管在后续气泡断裂时整体气泡顶部上浮高度也不同;3类气泡所受各种力处于动态变化之中,且3类气泡所受主要控制力不同.      

长圆形出口喷嘴射流特性的实验研究

在研究矩形出口喷嘴射流的基础上,对长圆形出口喷嘴的射流特性进行了室内实验研究.结果表明.长圆形喷嘴射流在短轴剖面上的扩散角比在长轴剖面上大.随喷距的增大.其横向截面将逐渐变为圆形.长圆形喷嘴的流量系数大于同样结构特征的矩形喷嘴,其射流的轴心动压力衰减以及横向动压力梯度分布规律与矩形喷嘴射流相似.随喷距增加.长圆形喷嘴的轴心动压力衰减比矩形喷嘴衰减慢.在钻头上使用的长圆形喷嘴的最佳无因次喷距应在无因次等速核长度L_1和最大轴心动压力衰减梯度所在的无因次喷距L_(max)之间.     

多控制面对鸭翼-前掠翼布局飞行器静气动弹性的影响

针对机翼前、后缘控制面对鸭翼 前掠翼布局飞行器静气动弹性的影响,通过CFD/CSD松耦合计算方法求解三维不定常N-S方程和线弹性静力学方程,得到了前、后缘控制面单独偏转和协同偏转状态下弹性前掠翼的气动特性和弹性特性。研究结果表明：弹性机翼相比于刚性机翼有更好的升力特性和大迎角失速特性;控制面偏转方式的变化也会对气动特性和弹性特性产生影响,当控制面单独偏转时,前缘控制面下偏和后缘控制面下偏均能增大弹性机翼的升力系数,最大升力系数增量分别为2.60%和8.69%;当控制面协同偏转时,同向偏转时的升力增幅比单独偏转时更大,最大升力增量为11.96%,反向偏转的升阻比特性较好,并可在小迎角范围内降低弹性变形和扭转。     

异形预旋喷嘴流量系数的测量研究

在一个单独的静腔系统中对分别具有30?,25?,20?,15?预旋进气角度的预旋喷嘴面板进行实验研究。得到了预旋角度,长径比,进出气压比,扩张面积比对预旋喷嘴流量系数的影响,并分析了实验测量以及处理过程中的随机误差和系统误差。结果显示流量系数随着进出气压比的增加而线性增加,预旋孔进口扩张能有效提高流量系数,随机误差是影响实验结果的主要因素,系统误差则有可能使个别数据出现较大误差。     

结冰对带舵面翼型流场的影响及其气动参数分析

利用计算流体动力学方法模拟了结冰后带舵面翼型的流场变化特征,分析了不同攻角条件下升力系数与舵面偏转角的量化关系,并对比了角冰和脊状冰条件下气动导数的差异.结果表明:与干净翼型相比,结冰后带舵面翼型的升力系数及升力系数关于舵面偏转角的变化率出现了较大降幅;舵面下偏导致的"上洗"效应将会加大冰型对流场的干扰,角冰引起的流动分离尺度受舵面偏转角的影响较大,且随着来流攻角增加而愈加明显;脊状冰可使翼型上表面产生大范围的流动分离,带舵面翼型的失速偏转角大幅提前,升力系数关于舵面偏转角的变化率大幅降低;在角冰条件下,带舵面翼型的相对气动导数呈现出3个不同的变化阶段,且随着来流攻角和舵面偏转角的增加而逐级下降,而在脊状冰条件下则呈现出2个不同的变化阶段,且其降幅更明显.     

双辊铸轧铸嘴型腔的三维流动分析

建立了双辊铸轧铸嘴型腔的三维流体流动的数学模型 ,应用数值方法计算铸嘴型腔的流场 ,分析了三维流动现象及其特点 ,把计算的铸嘴出口处的流体速度与实验结果相比较 ,两者基本吻合 并得出结论 :铸嘴型腔的结构是影响流体流动的主要因素之一 常规铸轧常用铸嘴出口处熔体速度相对误差达 2 0 %以上 ,不能满足超薄快速铸轧技术的需要 图 6 ,参 5     

部分剪力连接钢-砼简支组合梁变形计算

由于组合梁交界面滑移的存在，随着剪力连接程度的降低，部分剪力连接钢-砼组合梁变形会显著增加，精确计算也变得非常困难和复杂，本文在曲率微分方程和滑移应变微分方程的基础上，采用两种不同的方法，建立了精确计算部分剪力连接钢-砼简支组合梁变形的一般公式，得出了部分剪力连接简支组合梁的变形和附加变形与剪力连接程度系数之间的关系与规律，公式简单，实用，对其它类型的部分剪力连接组合梁变形分析也具有很高的指导意义。