固体火箭发动机声涡耦合数值仿真

研究固体火箭发动机工作中发生的声涡耦合导致的不稳定燃烧,以及燃烧室空腔变化对压力振荡的影响。对VKI缩比发动机流场采用大涡模拟(LES)方法进行数值模拟,确定数值方法可行。采用有限元和大涡模拟结合的方法,对某固体火箭发动机声涡耦合进行仿真分析,对声场分别采用理论方法和有限元数值方法对声模态和声学特性计算,确定有限元方法精度可靠及大涡模拟方法对流场旋涡流动不稳定捕捉准确,计算结果和试验中压力振荡结果相符。表明研究的该固体火箭发动机发生了声涡耦合引起的纵向1阶声不稳定,且获得了自由容积对压力振荡频率及幅值的影响规律。     

数值模拟气液针栓式火箭发动机喷雾燃烧对声学激励的响应

为研究气液针栓式火箭发动机的声学振荡特性并为其优化设计提供指导,加工了具有矩形燃烧室的LOX/GCH₄针栓式发动机,采用Euler-Lagrange方法仿真横向速度扰动产生的声学响应,以期在热试前了解声学激励频率对非稳态喷雾燃烧过程的影响。仿真结果表明,采用的横向速度扰动能在燃烧室内产生同频率的一阶横向声学振荡响应。喷雾燃烧对声学激励的响应强弱受扰动频率与燃烧室一阶横向振荡模态固有频率的相对大小影响较大。当扰动频率与该固有频率相等时,压力和燃烧释热随速度扰动出现同相振荡,压力振荡幅值显著增高导致燃烧室前半段的喷雾和火焰同步摆动;同时,燃烧室内存在扩散燃烧变为预混燃烧的趋势,甲烷在更短的距离内燃烧完全且燃烧室温度趋于均匀。     

液压水锤效应引起液体喷溅特性及其影响因素试验研究

为研究液压水锤效应引起的液体喷溅特性及其影响因素,进行了高速破片撞击充液容器的试验,测试了液体内的空腔振荡特性、压力分布特性和容器外的液体喷溅特性。试验结果表明:液压水锤效应引起的液体喷溅有两个不同的阶段。第一个阶段发生在空腔生长到最大体积后的400~700 μs内,喷溅液体的头部呈箭状;在第二个阶段出现多次形状相似的脉动喷溅,且单次脉动均发生在每次空腔溃灭之后,喷溅液体具有伞状头部与线状尾部。液体内的压力和侵彻孔的形态共同影响液体的喷溅速度,相对喷溅速度与破片的撞击速度成反比。喷溅液体在运动过程中存在速度波动,且随着喷溅次数的增加,液体喷溅速度逐渐下降,速度拐点出现的位置逐渐接近侵彻孔。     

非线性高频振荡燃烧的研究

用数值模拟的方法研究了液体火箭发动机高频振荡燃烧的形成和发展过程。气相控制方程用欧拉坐标系下的Navier－Stokes方程组描述，液相控制方程在Lagrangian坐标系下描述，并采用高压蒸发燃烧模型。从计算的结果可以看出，当燃烧室内发生高频振荡燃烧时，在喷注面附近和燃烧室收敛段这两个区域内压力的波动幅度较大；通过对压力、混合气体温度及速度在振荡燃烧情况下的比较，得出了振荡燃烧发生时发动机内部两相流场的脉动频率与燃烧室固有频率相耦合的结论。     

开式方腔可压缩流动及噪声LES计算分析

采用基于低色散、低耗散计算气动声学方法的LES技术计算分析了Mach 1.4和Mach 0.6三维开式方腔可压缩振荡流动及其诱导的强噪声环境.通过与已有实验和数值结果对比,证实了本文开发的LES计算程序的可靠性.深入分析LES空腔流计算结果,表明超声速来流条件下剪切层大尺度涡结构与空腔后缘撞击形成了声-流耦合自持振荡的...     

内埋武器机弹分离动态风洞投放试验研究

基于动力学相似的动态风洞投放试验研究了尖拱圆柱体从空腔中分离的气动及运动特性,并创新性地采用快响应压敏漆技术对动态运动模型表面上的压力分布测量进行初步探索研究,试验中探究了不同空腔模型攻角(α=0°,-1.5°,-3°)及弹体在空腔内的不同位置(L₀=25 mm, 39 mm)对内埋武器机弹分离特性的影响。结果表明：弹体在空腔内的位置对机弹分离运动特性的影响最大,当L₀=25 mm时,弹体模型头部区域压力明显高于后部区域压力,产生抬头俯仰力矩,导致弹体模型俯仰角逐渐增大,最终碰撞空腔模型,降低载机攻角并未改变弹体模型碰撞空腔模型的效果。当L₀=39 mm时,弹体模型在给定的攻角下均能安全地从空腔中分离。     

折叠舵间隙非线性颤振分析研究

针对折叠舵的气动弹性问题,考虑三维翼型的非定常气动力,研究了弯曲和扭转两维间隙非线性颤振分析方法.时域仿真结果表明:间隙非线性环节将导致系统出现极限环振荡;频率散布的下限值决定亚临界颤振速度,频率散布的上限值决定发散速度;模态振型节线的方向同样影响亚临界颤振速度和发散速度.     

无航速具有自由液面的三维脉动源Green函数的数值积分方法

提出了一种计算无航速具有自由液面的三维脉动源Green函数的方法.采用零阶Bessel函数的Laplace变换,将无航速具有自由液面的三维脉动源Green函数变形为易于截断处理的形式,实现无穷积分向有限积分的转变.采用样条插值技术和自适应方法解决了高振荡函数的数值积分的速度和精度问题.对半球浮体进行了数值计算,结果令人满意,表明了该方法的有效性和实用性.     

二维超声速混合层的大涡模拟

对二维超声速混合层流动进行大涡模拟。采用五阶精度的WENO格式求解大尺度涡的控制方程,小尺度涡的作用采用Smagorinsky亚格子模型进行模拟。模拟结果再现了二维超声速混合层拟序结构,计算得到了涡组对、合并等现象。通过对流场不同位置压力振荡历程的频谱分析,对超声速混合层中的谐波变化规律作了初步探讨。计算得到的速度剖面的时均统计结果与实验结果相比,吻合程度较好。     

粘弹性介质中球形空腔嵌入层的共振特性研究

潜艇吸声覆盖层在低频对抗主动声纳的探测是目前面临的一个重要技术难题.利用空腔共振时的吸收是解决低频吸声问题的一种有效途径.文中在假设入射球形纵波完全被腔壁反射的情形下,对球形空腔嵌入层的共振特性进行了理论分析.结果表明,在粘弹性介质中嵌入适当厚度的低剪切波速包覆层能有效地降低空腔共振的频率.     

规则波浪中船舶操纵响应遭遇频率频散概念与机制

采用船舶单自由度横摇运动方程,以及纵摇与垂荡耦合摇荡运动方程,数值模拟了规则波浪中船舶操纵响应不规则摇荡运动现象。假定波浪中船舶遭遇频率具有谐波分量形式,定义了遭遇频率常量、强度和散射频率,提出了船舶遭遇频率频散概念,推导了遭遇频率的频散关系,分析得到了航速和浪向角度变化引起的两种频散机制。散射机制表明:顶浪航行时航速散射效率最高,正横浪航行时航向角散射效率最高。     

双时间隐式方法求解非定常绕流的相关问题

空间采用三阶精度的WeightedNND(WNND)格式,时间方向则采用具有二阶精度的双时间步隐式方法求解二维非定常Euler方程,数值模拟了NACA0012翼型俯仰强迫振动流场,讨论了内迭代步数、内迭代收敛判据以及物理时间步长对计算结果、计算效率与计算CPU时间的影响,并将计算结果与实验值进行了比较。     

船舶单自由度摇荡运动对遭遇频率散射的响应

针对船舶单自由度二阶摇荡运动动力学系统,就船舶速度变化引起遭遇频率改变问题建立了遭遇频率散射模式;采用傅立叶变换波浪力(矩)的波形,得到了遭遇频率散射后的功率谱,从理论上进一步阐明了船舶遭遇频率散射理论概念;采用数值模拟计算方法,计算了单自由度二阶摇荡运动,进一步验证了遭遇频率散射后出现不规则摇荡运动的现象,计算得到了遭遇频率散射强度与摇荡运动方差的关系.     

C波段磁绝缘传输线振荡器数值模拟与分析

用二维全电磁PIC方法对改进的磁绝缘传输线振荡器 (MILO)进行了模拟 ,对MILO的各项参数进行了研究 ,得到输入电压和慢波结构对MILO输出影响的规律。同时在实验上观察到与数值计算相一致的MILO工作主频不随输入电压变化的结果以及实验上证实MILO有明显的起始工作电压。     

目次

为改善等离子体合成射流激励器在稀薄空气环境中的控制效果,增强其临近空间环境适应性,开展了腔体增压条件下激励器工作特性的研究。建立了腔体增压效果理论分析模型,计算结果表明:采用高压气源供气可以较好地提升激励器腔体气压,并且腔体气压对高压气源气压具有较好的跟随性,从而为射流强度调节提供了一种新的方式。搭建了腔体增压等离子体合成射流激励器实验系统,开展了腔体增压压力和射流流场特性测量,实验测量结果与计算结果吻合良好,误差小于2.6%。高速纹影观测显示:在腔体增压作用下,激励器控制力得到显著改善,射流锋面峰值速度由256 m/s提升至507 m/s。     

轴对称物体空泡流动的数值计算

基于势流理论和边界元方法,对水下运动的回转体的空泡流进行了数值模拟.将半经验空泡封闭模型由平面流动推广至轴对称流动.对头部为圆锥的圆柱体空泡流动进行了数值计算.分析了空化数、半锥角、空泡长度间的关系.计算与实验结果符合较好.     

An air cavity method for increasing the underwater acoustic targets strength of corner reflector

In order to improve the underwater acoustic target strength of corner reflectors, according to the principle of acoustic impedance mismatch of the boundary layer, the method of using air cavity to increase the underwater acoustic target strength of corner reflectors is proposed. The acoustic reflection coefficients of underwater air layer and single layer metal sheet are calculated and compared. The results show that the reflection coefficient of single layer metal sheet is greatly affected by frequency and incidence angle, and the reflection coefficient of air layer in water is large and little affected by frequency and incidence angle. On this basis, a new kind of airfilled cavity corner reflector is designed. The acoustic scattering characteristics of underwater airfilled cavity corner reflector are calculated cumulatively, and the results are compared with the monolayer metal sheet corner reflector. The simulation results show that the acoustic reflection effect of the airfilled cavity corner reflector is better. In order to verify the correctness of the method, the test was carried out in the silencing tank. The experimental results show that the simulation results are in good agreement with the experimental results, and the airfilled cavity can improve on acoustic reflection performance of the underwater corner reflector.     

超燃冲压发动机燃烧室燃料喷注及其内流场的数值模拟

基于三维N-S方程,利用有限差分数值离散方法,对考虑了燃料喷注和凹腔结构综合影响的某超燃冲压发动机燃烧室模型的内流场进行了数值模拟,与实验流动图谱进行了定性比较,并进一步探讨了燃料喷注过程的非定常特性以及凹腔结构对流动的影响。研究表明:本文数值模拟的稳态时刻流场与实验流动图谱相似;数值结果捕捉到了横向喷注燃料沿下游运动并向凹腔扩散的非定常动态变化的规律。     

利用曲线拟合方法分析暂态振荡信号

提出了一种利用曲线拟含定量分析暂态振荡信号的方法.该方法给出的暂态振荡信号模型能够反映振荡的幅度和频率随时间变化的规律.提出了利用曲线拟合方法确定该摸型的具体参数的步骤:首先利用三次样条插值求出信号的上包络曲线,对其采用指数衰减信号模型来进行拟合以描述信号振荡幅度的变化参数;然后得到信号频率变化部分的正弦形式,利用 Hilbert 变换提取出正弦部分的相位,并采用幂指数信号模型进行拟合以描述信号振荡频率的变化参数.与以往分析暂态振荡信号的方法相比,该方法可对信号进行定量分析.仿真和试验结果表明,采用曲线拟合方法确定模型参数,实现过程简单,均方根误差小;对实际信号的分析则表明所提出的模型能够真实地反映出实际暂态振荡信号的变化规律.     

逃逸飞行器喷流干扰流场的分区数值模拟

基于拼接网格系统 ,应用三维区域边界格式 ;通过区域边界格式对区域边界上的通量进行守恒性处理 ,发展了一个超音速复杂流场分区算法 ;对不同攻角下的逃逸飞行器喷流干扰流场进行了分区数值模拟 ,取得了较好的结果