宽马赫数变几何进气道性能快速计算方法北大核心

提出一种适用于初步设计的宽马赫数变几何超声速进气道性能快速计算方法,无需计算流场各点参数即可快速获得捕获流量系数φ和临界总压恢复系数σ。利用激波与进气道的几何关系判断起动;采用虚拟喉道假设计算第一道内压膨胀波;采用一组激波-膨胀波模拟喉道内复杂波系。为检验方法正确性,计算结果与无粘CFD结果进行了比对。φ相对误差在5%以内,随马赫数减小、攻角或楔板折角增大而增大;σ最大相对误差为4%,随马赫数、攻角、楔板折角增大而增大。     

改进Kriging模型及在宽马赫数变几何进气道的应用

由于参数多、计算量大,宽马赫数变几何进气道建模问题亟需精度足够高和计算速度足够快的代理模型。针对粒子群-Kriging代理模型优化步骤极易收敛到局部最优值的问题,采用带全局判据的改进量子粒子群优化方法加以代替。通过对测试函数的重构,验证该代理模型精确度。结果表明,该方法速度快,精度高,且对高度非线性函数的适应性强。针对Ma=2~4的二楔板反压式变几何进气道,构建了随马赫数、攻角、唇口水平位移、二级楔板角度和位置变化带来的流量系数和临界总压恢复系数的代理模型。结果表明,该算法适应度好、模型精度高,对该问题建模具有一定应用价值。     

不同抽吸孔布局的进气道数值模拟机理分析

采用标准k-ω SST湍流模型数值计算方法,针对2种不同抽吸孔布局的超声速进气道数值进行了模拟机理分析.结果 表明:在抽吸孔前缘引起的膨胀波与唇口反射激波相交,马赫数增加;模型-1在抽吸孔内形成循环涡流,马赫数增加到3.6,并在抽吸孔内多次反射,在抽吸孔出口的马赫数降低;而模型-2由于在受到剪切层的影响,在抽吸孔内形成...     

内锥型空心弹气动外形与阻力特性数值仿真

为了得到具有最小阻力系数的内锥型空心弹的气动外形,基于内锥型空心弹弹丸长度、口径、喉道形状不变的条件下,通过改变锲角来调节弹丸外形结构,利用计算流体动力学软件Fluent软件对不同形状的内锥型空心弹进行数值仿真,得到了在不同气动外形下的流场特性、阻力系数随锲角的关系和具有最小阻力系数的气动外形结构。另外,还研究了具有最小阻力系数的内锥型空心弹在来流3Ma不同攻角条件下的流场特性和不同攻角下阻力系数随来流马赫数的变化关系,结果表明：前锲角过大会造成内锥型空心弹丸发生气流阻塞现象,锲角的变化对压差阻力影响较大,对摩擦阻力影响较小;内锥型空心弹最小阻力系数气动外形结构为非对称锲角结构;最小阻力系数弹在不同攻角条件下,阻力系数随马赫数增加变化规律基本一致,马赫数过低也会影响内锥型空心弹发生气流阻塞现象。     

弹体前缘圆孔凹槽有/无喷射流机理研究北大核心

为了研究不同圆孔凹槽直径及有/无喷射流流动机理,采用标准的k-w SST湍流模型数值计算方法进行分析。结果表明:当流体经过圆孔凹槽时,在圆孔凹槽边缘会形成膨胀波和压缩波,在圆孔凹槽内可能会形成涡流结构,并保持低速流体。当圆孔凹槽直径逐渐增加时,引起弹体壁面声速径向距离增加。同时,随着攻角的增大,圆孔凹槽内的静压逐渐降低;圆孔凹槽喷流速度的增加导致凹槽出口会出现激波现象,当喷流速度达到600 m/s时,凹槽出口激波强度明显增加,圆孔凹槽内静压减小。     

弹体前缘圆孔凹槽有/无喷射流机理研究

为了研究不同圆孔凹槽直径及有/无喷射流流动机理,采用标准的k-w SST湍流模型数值计算方法进行分析。结果表明:当流体经过圆孔凹槽时,在圆孔凹槽边缘会形成膨胀波和压缩波,在圆孔凹槽内可能会形成涡流结构,并保持低速流体。当圆孔凹槽直径逐渐增加时,引起弹体壁面声速径向距离增加。同时,随着攻角的增大,圆孔凹槽内的静压逐渐降低;圆孔凹槽喷流速度的增加导致凹槽出口会出现激波现象,当喷流速度达到600 m/s时,凹槽出口激波强度明显增加,圆孔凹槽内静压减小。     

(修，2撤3)关键几何参数对超声速膨胀器流场和性能影响的数值研究

为了揭示关键几何参数对超声速膨胀器流动特性影响的规律,对3种隔板安装角和5种出进口面积比超声速膨胀器设计工况下的流场进行了数值研究。结果表明：随隔板安装角增加,斜激波向出口迁移,斜激波强度略有降低,超声速膨胀器膨胀比减小,效率提高;随出进口面积比增加,流道内高速区显著扩大并逐渐靠近压力面,斜激波增强,出口流动损失增加,超声速膨胀器膨胀比增大,效率降低。为获得综合性能较优超声速膨胀器结构,需在较小出进口面积比和较大隔板安装角之间做折衷选择。     

不同推力与射流类型的火箭发动机排气噪声仿真研究

火箭发动机排气的气动噪声分析是降噪的基础。采用k-ε湍流模型和大涡模拟对发动机排气场进行仿真,再采用FW-H法对噪声场进行计算。对4种不同推力发动机的欠膨胀和过膨胀排气流场的仿真分析表明：排气场声功率级的分布与湍流强度的分布具有相似性,且有明显边界;声功率级在射流影响区域呈现锥形分布的特征,半锥角随推力增大但变化不大,在13°～16°;正激波后的声功率最大,此外噪声强度最大的位置介于马赫数为1的界面到燃气/空气界面之间;射流欠膨胀时,最大声功率在喷管出口下游,射流过膨胀时,最大声功率在喷口附近或内部;对于推力接近的发动机排气场,其噪声声压级基本相同,与射流状态无关;随着发动机推力的增大,声功率级最大值增大不多,而高声功率级的范围扩大是噪声增大的主因;发动机排气噪声的频率范围较宽,主频随着推力增大而降低的原因不是高频噪声降低,而是下游大尺度涡脉动引起的低频噪声增强。     

舱门开启状态下UUV小攻角水动力特性数值模拟

为了掌握舱门开启状态下UUV小攻角水动力特性,首先基于风洞模型实验验证了所用数值计算方法的准确性与有效性,进而采用该方法对舱门开启状态UUV阻力、升力及力矩特性进行了数值模拟研究,分析了舱门开启后载荷舱及舱门对UUV表面压力分布的影响.计算结果表明,载荷舱前后端面形成的较大压力差,导致舱门开启状态UUV阻力显著提升,且阻力关于零攻角表现为不对称性,主要原因在于负攻角条件下载荷舱粘压阻力随攻角绝对值的增大而增大;由于载荷舱的流体阻滞作用,零攻角工况下舱门下表面平均压力高于上表面,UUV零攻角升力为正,零升力攻角约为-3.,且零攻角力矩为正力矩,零力矩攻角约为-1°.     

旋转自稳定末敏子弹运动特性分析

为研究某型旋转自稳定末敏子弹运动特性,充分考虑末敏子弹的结构强非对称特点和其初始抛撒条件,引入动不平衡弹体模型,推导超大攻角条件下子弹的空间6自由度弹道方程,计算分析子弹的稳态扫描运动特性。结果表明:子弹体的质量分布非对称和初始抛撒角速度是子弹药实现稳态扫描运动的必要条件;子弹扫描频率只由抛撒角速度ω_(σ0)决定,且和ω_(σ0)正相关;初始俯仰角φ_(a0)≥0°时,扫描角整体呈增大趋势,初始俯仰角φ_(a0)0°时,扫描角整体变化趋势为先减小后增大;扫描面积与配重-全弹质量比、初始俯仰角、初始偏航角和初始角速度呈正相关,与均质圆柱体转动惯量比呈负相关。     

高超声速飞行器边界层外缘参数仿真分析

以高超声速飞行器为研究对象,构建快速准确计算高超声速飞行器无黏边界层外缘参数的计算方法。拟合空气比热、比热比随温度变化曲线,建立空气属性温度划分准则。基于不同空气属性建立高超声速飞行器边界层外缘参数工程与数值计算模型,采用钝双锥模型,对比分析工程估算、无黏数值及有黏数值计算方法的计算结果。结果表明,0°攻角状态下,基于无黏流场的数值计算与工程估算和有黏数值计算的压强最大差值分别为1.19%和2.39%;10°攻角状态下,最大差值分别为5%和50%;从而证明所提出的无黏数值计算方法明显优于工程计算方法,为进一步快速准确计算高超声速飞行器气动热环境奠定了重要基础。     

分层流体中水平运动潜体产生的内波分析

从线性化的Euler方程和连续方程出发,采用线性自由面条件,通过傅里叶变换法研究水平运动点源在分层流体中产生的内波.利用源汇分布法分析运动潜体产生的lee波,采用稳定相法计算远场速度.计算结果表明,高模态内波的波域角小于低模态内波的波域角,内波的波域角小于Kelvin波的波域角;随航速增大lee波主要表现为散波.     

Bang-Bang控制方式旋转导弹气动特性数值分析

为研究Bang-Bang控制式鸭舵对旋转导弹气动特性的影响,在CFD软件中采用嵌套网格方法模拟导弹的旋转和鸭舵的偏转,对Bang-Bang控制式旋转导弹在不同攻角、马赫数和转速下的气动特性进行了数值模拟,得到了气动特性变化规律。研究表明,因鸭舵洗流方向的改变,耦合导弹自旋会导致弹体和尾翼的侧向力发生突变。通过与不控鸭舵的旋转导弹进行对比,采用Bang-Bang控制式鸭舵的旋转导弹的周期平均侧向力系数变小,周期平均法向力系数变大。由于侧向力的存在,导弹在一个周期内的合力会偏离竖直方向,合力偏离竖直方向的角度随着马赫数、自旋速率和攻角的增大而减小。     

高超声速飞行器分离干扰的伴随方法分析

以大气层内高超声速飞行器级间分离过程为研究对象,采用伴随方法得到了由冲击力和气动干扰力矩引起的攻角的解析解。利用该解析解,得到了分离干扰引起的攻角的瞬时变化曲线。结果表明,在高超声速飞行器级间分离开始0.4s内,冲击力和气动干扰力矩对攻角有一定的影响,并且随干扰的增大而增大。本研究实现了预示高超声速飞行器分离过程风险的目的,对高超声速飞行器分离干扰策略的制定提供了理论依据。     

DARPA2潜艇模型定常流动 黏性流场和水动力计算

为了进一步验证SA湍流模式模拟分离流动问题的能力,采用SA(C_υ=30)湍流模型,数值求解定常不可压缩的RANS方程,计算DARPA2潜艇模型定常流动黏性流场和水动力;速度-压力耦合采用SIMPLE方法处理,对流项采用二阶迎风格式,隐式迭代求解方程组。得到的数值计算结果与实验值符合较好。潜艇不同部分对水动力的贡献及受攻角的影响是不同的,升力系数随攻角的增加,艉附体的作用明显增强,而指挥台的作用不是很明显;指挥台和艉附体分别存在时,水动力系数随攻角变化的趋势与全附体时是一致的,曲线不存在奇异性变化。     

复杂外形导弹带空泡出水动力学特性研究

首先对潜射导弹出水过程进行动力学和运动学建模,随后基于Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对带空泡的潜射导弹水动力学特性进行了数值计算研究。最后,依据以上动力学和运动学模型,对波浪扰动作用下,潜射导弹带空泡出水弹道及弹体姿态进行了数值仿真。结果显示,零攻角出水时,导弹轴向力系数随弹体空化扩大显著增加,压心后移;有攻角出水时,弹体法向力系数增量随攻角增加呈现先增大后减小的趋势。空化使潜射导弹出水速度降低约10%,出水时间延长约12%,导弹受波浪扰动程度增加约6%~7%。     

复杂外形导弹出水过程空化流数值计算研究

基于Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用动网格和复合网格技术,提出了一种复杂外形潜射导弹出水过程中空化流数值计算方法。对头肩部、舵面及突起物的空化生成、演化及影响因素进行了分析。结果表明,出水过程初期空化数降低使附体空泡迅速扩大,随后空泡脱落与振荡的影响将更为显著;肩部在15m/s出水时产生空化并随速度上升而迅速增长, - 攻角时肩空化非对称性显现;舵面空化受出水速度影响较小, 攻角以下时空化面积小于全舵面积的10%,但攻角超过 后空化面积迅速增长至50%以上;减小突起物尺寸有利于避免空化产生,突起物空化受攻角影响较小,但在高速下可诱导临近弹体产生空化。     

二维水翼非定常空化流动动力特性的频谱分析

以雷诺平均模拟方程(RANS)为核心,采用RNGk-ε湍流模型与均相流空化模型,对二维水翼附近空化流场进行数值计算。在固定来流速度和空化数条件下,研究了空化形态随着水翼攻角的改变而变化的情况,并采用傅立叶变换(FFT)对水翼升力周期性信号进行了频谱分析。结果表明:水翼的空化形态是由空化数和攻角共同决定的,当空化数不变时,随着攻角的增大,空化程度更加趋于剧烈;在片状空化阶段,升力信号频率为低频信号,并随着攻角增大频率略有降低;在云状空化阶段,升力信号频率为中高频信号,随着攻角增大频率也略有降低;空化形态由片状空化阶段向云状空化阶段转化,在转化过程中存在一个过渡阶段,其升力信号频率在各个频段均具有一定的特征。     

潜射导弹出水过程空化流数值计算

运用Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用动网格和复合网格技术,提出复杂外形潜射导弹出水过程中空化流数值计算方法。对头肩部、舵面及突起物的空化生成、演化及影响因素进行分析。仿真结果表明:出水过程初期空化数降低使附体空泡迅速扩大,随后对空泡脱落与振荡的影响将更为显著;肩部以15 m/s的速度出水时产生空化并随速度上升而迅速增长,5°~10°攻角时肩空化非对称性显现;舵面空化受出水速度影响较小,攻角小于等于5°时空化面积小于全舵面积的10%,但攻角大于5°后空化面积迅速增长至50%以上;减小突起物尺寸有利于避免空化产生,突起物空化受攻角影响较小,但在高速下可诱导临近弹体产生空化。     

乘波构型优化设计与实验

乘波构型是高超声速飞行器高升阻比气动布局设计的重要参考外形之一,设计中需要综合考虑升阻比、容积率和容积等要求.本文开展了锥导乘波构型的参数化建模设计,采用改进的多目标遗传优化算法,完成了以升阻比、容积率和容积为多目标的乘波构型优化设计;在KD-01高超声速炮风洞中完成了不同攻角缩比模型的气动力实验,并同CFD计算结果进行了比较分析.结果表明:优化设计外形具有良好的升阻比,且在一定攻角范围内升阻比较高,数值模拟和实验分析基本吻合.研究结果可为高超声速滑翔式飞行器的设计提供参考.