跨声速颤振数值模拟方法研究

建立了一套完整的跨声速颤振特性工程分析方法。首先分别利用ZTAIC法(等价片条法)、ZTRAN法(域平板法)以及CFD方法直接求解Euler(欧拉)方程3种方法,得到了跨声速非定常气动力,再采用g法求解颤振方程,并将分析结果进行了比较。对比分析表明ZTRAN法和时间线化Euler法能够快速有效地反映跨声速气动力的非线性效应,适应于工程应用上的快速跨声速颤振分析。     

不同热环境下的颤振问题初探

高超声速环境下,气动加热会严重影响飞行器结构的动力与颤振特性。文章研究了不同边界条件下气动热对结构动力学特性及颤振特性的影响。以全动平尾为对象,分析了不同热条件下其振动与颤振特性的变化。此外,采用解耦求解思路,进行了高温下弹性模量变化和热应力对平尾颤振特性影响的分析。结果表明,结构加热产生的热应力是导致其颤振速度下降的主要原因;平均温度升高会引起平尾颤振速度的明显下降,应引起重视。     

多体气动弹性系统超声速颤振分析

对一类多体气动弹性系统超声速颤振问题进行研究.分别采用多体动力学理论、活塞理论建立了弹性结构系统的动力学模型与超声速非定常气动力模型,得到了由微分代数方程表示的多体系统气动弹性动力学方程.通过数值求解微分代数方程的特征值问题,研究了多体系统在平衡位置小扰动运动的稳定性,完成了多体气动弹性系统超声速颤振分析.应用该方法研究了板状翼面及含操纵面翼面的超声速颤振问题,并得到了操纵面处于不同位置时翼面的颤振速度.结果表明,所发展的多体气动弹性系统超声速颤振分析方法,适用于由多个部件组成的工程结构颤振分析.     

高超声速飞行器纵向动力系统平衡态集的拓扑结构研究

以高超声速飞行器纵向运动的空气动力学模型和结构动力学模型为依据,采用数值分析的方法,研究了高超声速飞行器动力系统平衡点集的拓扑结构.首先根据高超声速飞行器在巡航阶段的飞行边界的限制条件得到在给定的飞行高度和马赫数下的平衡点集,由此近似估算出了高超声速飞行器的飞行包线.然后根据得到的平衡点集,分别研究了高超声速飞行器的迎角、升降舵偏角和发动机的燃料当量比与飞行马赫数和高度的关系,并进行了数值拟合,在此基础上分别描绘了以上三个拟合关系式的曲面关系图。     

关于平面定常位势流中的声速线

§1.引言 Ringleb求得的光滑跨声速流动的特解表明:声速并不是连续、等熵加速或减速气流的理论障碍,也就是说声速线不一定是奇线,流动可以光滑地通过声速线.另一方面,Morawetz证明了光滑跨声速绕流没有邻近解,只是一种例外情况.[3]中曾证明了在某些情况下,连续跨声速流动存在具有弱击波的扰动解,声速线变为弱激波线,这些都表明声速线具有某些特殊的性质.     

Influences of Attack Angles on Aerodynamic Derivatives and Flutter Characteristics of Flat Box Girders北大核心CSCD

以南京第四长江大桥扁平箱梁为研究对象,通过节段模型自由振动风洞试验详细测试了模型在不同风攻角下的颤振响应,探讨了系统非稳态及稳态临界振幅随风速的演化规律.首先,基于颤振响应振幅包络,结合Hilbert变换,识别了系统振幅依存的模态阻尼,并初步阐释了颤振形态随风攻角转变的机理.其次,提取了系统在不同风攻角下的模态参数,基于双模态耦合闭合解法,识别了断面在不同风攻角下的非线性颤振导数,研究了关键颤振导数振幅依存性随风攻角变化的规律及对断面颤振形态和特性的潜在影响.最后,通过逐项拆解模态阻尼,深入剖析了风攻角对非耦合及耦合气动阻尼的影响,并阐明了分项阻尼导致系统颤振性能差异性的动力学机理.     

飞行器结构噪声致振试验及声振耦合响应分析

以高超声速飞行器X-43A为研究对象,建立其有限元结构模型,在动力学实验室进行飞行器结构模型的固有频率测试,通过固有频率计算与试验结果对比,二者误差在1%左右,这表明所建立的结构有限元模型是比较准确的．在高声强混响室进行飞行器结构噪声致振试验,得到飞行器结构测点加速度功率谱密度(power spectral density, PSD)和舱内声场噪声声压级,通过声振耦合数值模拟计算结果与试验值对比,结果表明:数值模拟计算方法对振动噪声环境预测是比较可靠的,结构振动响应与舱内噪声响应的有限元分析与试验结果趋势上较为一致,低频段吻合较好;高频外噪声场引起的飞行器弹性腔体结构振动占据结构振动响应的主要成分,尤其是以结构低阶振动为主,而外噪声场传递到封闭腔体内的噪声也主要是通过结构腔体弹性壁板的低阶振动传播,即使外噪声激励是宽频的,封闭舱内响应噪声的频率主分量仍然是结构的低阶模态振动．     

柔性桥梁颤振导数间的相互关系的参数分析(Ⅰ)

在作者先前给出(徐旭,曹志远.柔长结构气固耦合的线性与非线性气动力学理论.应用数学和力学,2001,22(12):1299-1308.)的柔性结构半解析颤振导数的基础上,研究了桥梁颤振导数之间的内在联系和相互关系,并通过两个具体的桥梁颤振导数的测量试验数据,对其进行了分析验证.同时,也对颤振导数随着桥梁断面的气动中心、转速以及角度变化规律作了参数研究.数据分析的结果不仅验证了前文半解析颤振导数表达式的正确性,也进一步验证了半解析颤振导数之间存在一定的必然联系,同时也表明给出的半解析的颤振导数是适用于流线型断面的桥梁的.     

柔性桥梁颤振导数间的相互关系的参数分析(Ⅱ)

在作者先前(徐旭,曹志远.柔长结构气固耦合的线性与非线性气动力学理论.应用数学和力学,2001,22(12):1299-1308.)给出的柔性结构半解析颤振导数的基础上,研究了桥梁颤振导数之间的内在联系和相互关系,并通过两个具体的桥梁颤振导数测量试验数据进行了分析验证.同时,也对颤振导数随着桥梁断面的气动中心、转速以及角度变化规律作了参数研究.数据分析的结果不仅验证了前文半解析颤振导数表达式的正确性,也进一步验证了半解析颤振导数之间存在一定的必然联系,同时也表明其文中给出的半解析的颤振导数是适用于流线型断面的桥梁的.     

A Study on the Fatigue Life of the Laser Additive Manufactured Metallic Material北大核心CSCD

随着军用飞机上越来越多的结构件使用增材制造（AM）技术成形,对增材制造材料和结构疲劳特性的研究就变得十分迫切.为了研究激光增材制造（选区激光熔化成形,SLM）铝合金以及钛合金的疲劳寿命特性,设计了一系列带各种结构细节的模拟试验件,进行常幅谱和随机谱下的试验,统计分析了各组试验的基本可靠性寿命,并得到了可靠度安全寿命曲线.断口分析发现铝合金试验件缺陷较多,存在混合失效特征,而钛合金试验件疲劳分散性较锻件大.     

最优对称拉丁超立方体的构造

基于模型对称分解的对称全局敏感性分析在高维复杂模型的推断中起着重要作用.Wang和Chen (2017)提出了一种对称设计来获得对称灵敏度指标的估计,此设计具有较高的抽样效率且不需要得到对称分解项的解析表达.然而,给定试验次数,对称设计的生成具有较强的随机性,导致某些设计的空间填充性较差且在低维投影出现塌陷.文章提出了一种对称拉丁超立方体,使对称设计同时具有拉丁超立方体结构,从而在保持设计对称性的基础上最大化一维投影的均匀性.通过剖析设计的结构得到了对称拉丁超立方体的构造方法.同时,进一步提出最优化算法,得到具有最优中心化L2偏差的对称拉丁超立方体设计.通过一个构造算例,验证了所得设计的优良性.     

非最小相位高超声速飞行器自适应动态面控制

研究存在参数不确定和非最小相位特性的吸气式高超声速飞行器的控制律设计问题.通过深入分析被控对象的动力学特点,提出了一种新型设计思想.将系统分为速度子系统和俯仰动力学子系统分别进行设计.针对速度子系统,设计自适应动态逆控制;针对非最小相位俯仰动力学子系统,设计高增益自适应动态面控制.稳定性分析表明,系统的跟踪误差是一致最终有界的,其它状态是有界的.最后的数值仿真验证了该方法的有效性.     

飞机操纵面间隙非线性对颤振特性的影响

针对含操纵系统间隙的飞机操纵面进行了振动及颤振特性研究。在飞机GVT试验中,对含间隙的副翼采用渐进加力和施加预载两种方式进行旋转模态测试;然后采用等效线性化方法对试验结果进行模拟,并利用Zaero软件分析其颤振特性。研究结果表明GVT结果与FEM模型分析有较好的一致性,由于间隙非线性的存在,导致副翼旋转频率降低,并且在分析颤振特性时发现预载荷对颤振速度有很大影响。     

超声速蒙皮颤振微分积分方程的特征值问题

根据二维线化理论讨论超声速薄钣的动力稳定性,导致一类新颖的数学物理问题:非自共轭Volterra型四阶微分积分方程的复特征值问题.求得这一气动弹性系统的严格解.与其它近似分析对比,本法的临界曲线与实验数据符合良好,在低超声速范围不存在发散问题.此外,在数学物理实质方面,发现:(1)颤振频谱与固有频谱有互为间隔现象;(2)临界Mach数有简并现象.指出本法可以推广应用于三维机翼模型和燃气轮中叶栅的超声速颤振问题.     

高超声速飞行器热防护材料与结构的研究进展

高超声速飞行器是航空航天的一个重要发展方向,在未来国防安全中起着重要作用．高超声速飞行器热防护材料与结构是高超声速飞行器设计与制造的关键技术之一,它关系到飞行器的安全．高超声速飞行器热防护材料与结构主要有金属TPS热防护系统、超高温陶瓷、C/C复合材料等．从材料制备、抗氧化、力学与物理性能表征等方面综述了热防护材料与结构的研究与应用现状,评述了其发展趋势．     

一类具有时滞且带有捕食者相互残杀项的捕食模型的时空斑图

研究了一类具有时滞且带有捕食者相互残杀项的食饵-捕食者模型的动力学行为.通过数学分析,发现了不同类型的不稳定性,并且详细的给出了图灵不稳定的条件.通过一系列的数值模拟,得到了参数空间中丰富的图灵结构,分别有点状斑图、条状斑图以及点状和条状共存的斑图结构.这些结果表明,受时滞影响的带有捕食相互残杀项的捕食模型具有丰富的动力学,揭示了模型在实际生活中是非常有用的.     

论跨声速流函数计算中的人工粘性

从气体动力学基本方程组出发,根据数值计算方法的理论,分析了近年来在跨声速流动计算中广泛使用的人工密度法,指出流函数计算中采用人工密度法,理论上是有问题的,进而提出一种正确的人工粘性表达式。数值计算表明,它扩大了流函数方法可计算的Mach数范围,使激波位置接近于实验结果。     

深穿透低伤害酸液酸岩反应动力学模型的建立

"深穿透低伤害酸液"体系具有酸蚀速率慢、酸蚀深度大、无二次伤害、储层改造效果明显等优点,此类酸液体系的酸岩反应动力学参数测试及酸蚀机理研究是开展深度酸化和酸压工作的基础.采用深穿透低伤害酸液体系配方,并通过新型实验装置对储层岩心开展酸蚀实验,在Hekim分布参数模型的基础上,提出深穿透低伤害酸液在储层中反应的动力学模型.通过对深穿透低伤害酸酸岩反应动力学方程的确定,可以研究酸岩反应动力学机理;研究浓度、温度、压力等外界因素对酸岩反应速度的影响;确定氢离子的有效传质速度与酸岩表面反应速率的关系等.     

结构疲劳长裂纹扩展速率新模型研究

比较现有疲劳长裂纹扩展速率模型的特点和不足,基于裂纹扩展钝化复锐理论推导,提出了广义钝化复锐疲劳长裂纹扩展速率模型(GPLFCPRM),并推导获得了疲劳长裂纹扩展速率模型通项.该模型克服了现有疲劳长裂纹扩展速率模型的缺点,能有效地描述自门槛值到断裂点全过程的裂纹扩展规律,具有明确的物理含义,且可反映材料的强度特性、断裂特性和热处理状态等因素对疲劳裂纹扩展速率的影响.通过LZ 50钢、A533-B、AlZnMgCu 0.5和0.5Cr 0.5Mo 0.25V钢疲劳裂纹扩展速率试验,结果反映该模型与试验结果十分吻合,且具有更广的通用性和应用推广价值.     

1200℃高温环境下部件受热前表面应变的光学测量

在大气层内飞行的高超声速飞行器外表面因气动加热处于极为恶劣的高温环境中.而气动热模拟试验中,飞行器部件受热前表面在高温环境下的变形测量非常重要且十分困难.通过建立水冷式高超声速飞行器部件受热前表面应变测量系统,结合数字图像相关方法,实现了有氧环境下耐高温Al_2O_3陶瓷材料受热前表面温度高至1 200℃的应变测量.为了验证试验结果的正确性,与Hillman给出的Al_2O_3材料热膨胀系数-温度关系式进行了对比,具有良好的吻合性.所建立的1 200℃高温应变测试系统及氧化环境下部件受热前表面应变测试方法,为高超声速飞行器受热部件的热强度分析及安全可靠性设计提供了非常重要的试验测试手段.