基于面元法的扭曲舵片空泡数值预报研究

为了比较分析扭曲舵和普通舵的空泡性能,首先采用面元法得到螺旋桨尾流场,以此作为舵的来流输入条件;然后,通过基于速度势的面元法对舵上的片空泡进行计算,得到舵片泡的范围和厚度分布,并对两种舵在不同航速不同舵角的片空化形状进行了计算比较。结果表明:扭曲舵可以明显提高舰船舵的无空化航速,且在一定航速下可提高舵的无空化舵角范围;发生空化时,扭曲舵的空化范围比普通舵明显小。     

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.     

基于自适应成长法的舵面结构动力学拓扑优化设计方法研究

为实现舵面结构动力学性能提升及其轻量化,并实现骨架构型设计的快速高效,基于结构仿生拓扑优化设计的基本理论和方法,以舵面为研究对象,对蒙皮骨架舵面构型进行仿生拓扑优化设计研究.对优化前后舵面模型的计算结果表明,仿生拓扑优化可快速获得清晰的骨架构型,相比于初始舵面设计方案,优化所得骨架构型在使舵面结构一阶固有频率提升11％...     

安静型夹芯复合材料舵设计及其力学性能分析

通过对夹芯复合材料各层材料的选择,以及夹芯复合材料舵壳的结构设计,提出了夹芯复合材料舵的设计方案和制作工艺。并利用有限元方法计算了复合材料舵壳在流体压力作用下的应力和变形,以及在瞬态载荷作用下舵壳的振动响应。计算结果表明,夹芯复合材料舵壳满足结构的强度和刚度的要求,同时振动水平与钢舵比较有很大的改善。     

含相变材料热结构拓扑优化研究

针对承受热载荷工况的结构,以加强筋作为研究对象,研究了一种通过引入铝基相变材料来延迟结构温升的热控方案,针对相变传热过程非线性强,灵敏度分析困难的问题,基于Kriging代理模型优化算法与设计变量较少的基于材料场级数展开的拓扑描述方法,提出了一种考虑相变传热过程与材料温度效应的以重量为约束,以截面抗弯刚度最大为目标的截面拓扑优化方法。并研究了2种铝基相变材料,得到了在热载荷作用下,使截面抗弯刚度最大的材料分布形式。对优化构型的分析表明,在TA15加强筋截面中加入铝基相变材料可以高效的延长加强筋结构在高温环境中的工作时间。     

弹性支承梁固有频率影响因素研究

通过将折叠舵简化为梁模型来研究一种典型结构折叠舵频率的影响因素。对于梁内出现的弹性支承情形,采用了以分段表示的运动微分方程、简支和自由边界条件以及弹性支承处连续性条件来描述。根据梁的振动的基本方程,推导出弹性支承弯曲振动梁的频率方程的解析表达式,并利用数值方法计算出在不同条件下弯曲振动梁的频率,研究弹簧刚度,有效比刚度,以及支承点位置对固有频率的影响。     

超压气球上升过程温度与动力学特性仿真分析

针对带加强筋的超压气球,分析上升过程热环境及受力状态,建立热力学与动力学模型并分析其耦合关系。基于MATLAB开发仿真程序,对超压气球进行仿真分析。分析了气球上升过程中高度、速度、温度变化特性,数据表明上升过程中的热力学环境和动力学特性都对球内气体温度有重要影响,气球上升速度和球内气体温度相互耦合并与自由浮力系数存在相关性。飞行试验实测数据验证了仿真结果的准确性。理论分析结果和仿真模型可为后续超压气球设计和飞行试验提供指导。     

收缩管道装置层流热边界层理论及应用研究

研究了收缩管道装置层流热边界层理论及其应用。对于速度边界层提出了相似性解的解析结果,给出了速度分布、边界层厚度、摩擦阻力和水头损失的解析计算表达式。对于温度边界层利用管道热边界层方程,推出了温度分布、温度边界层厚度和热流量的计算关系式,并给出了设计应用实例。     

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。     

不同几何边界的航煤油池火灾燃烧特性

利用不同尺度的方形和圆形油池,在油池火燃烧特性综合实验台架上开展航空煤油池火灾燃烧特性研究,重点分析了热释放速率、发烟速率、总产烟量和火焰温度等燃烧特性参数的变化规律。结果表明:在根据热释放速率划分的燃烧阶段中,方形油池火灾存在台阶上升阶段,并分析了其产生的机理;相同燃烧面积条件下,方形油池火灾产烟量大,燃烧效率低于圆形油池;油池火灾火焰轴向温度分布的测试结果与前人结论吻合较好,总体呈中下部根部上部的趋势,且方形油池的燃烧温度低于圆形油池。实验为有效预防和快速控制多尺度形状的航煤油池火灾提供了参考。     

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。     

进口热斑在气冷涡轮动叶流道内迁移特性分析

为了解涡轮进口热斑的运动特性对涡轮叶片热负荷分布的影响,对存在进口热斑时高压气冷涡轮动叶流道内冷热流的非定常运动特性进行了研究,揭示了热斑在气膜冷却流、叶顶间隙泄漏流以及动静叶栅运动干涉等因素综合作用下对气冷涡轮叶片热负荷的影响。研究发现:冷热流在高压动叶入口处被高压动叶截断而交替流入流道,热流对动叶的影响主要集中在动叶前缘以及压力面附近,对动叶前缘造成直接的热冲击振荡;在周向气流角的作用下,在高压动叶栅流道内,低温流体逐渐向吸力面流动,而高温流体主要向压力面流动;气冷涡轮在浮力以及间隙泄漏流的作用下,改变了流道内部二次流分布,使得迁移到动叶压力面上的高温流体向叶根迁移,吸力面低温流体向叶片中间截面聚集。所得结论可对涡轮冷却设计提供理论参考。     

复合材料舵水动载荷分布特征及承载变形规律研究

基于单向耦合原理,对复合材料舵水动压力分布、轴端支反力及变形规律进行了研究。首先,采用FLUENT软件对不同舵角下敞水舵的水动压力进行了数值模拟;然后,通过Mapped field将其加载到ABAQUS结构计算模型上,分析了轴端支反力特征及舵叶变形规律。研究结果表明:随着舵角增大,舵叶面正压范围扩大,峰值不变,舵叶背负压范围不变,峰值增大,由此导致合力中心往随边移动;轴端弯矩和剪力线性增加,扭矩由于合力与力矩的变化不一致而先增加后减小;舵叶的变形主要表现为绕舵轴的扭转和导边区域的弯曲,不同舵角的变形模式存在差异。     

固定舵二维弹道修正组件结构模型

为了满足二维弹道修正组件小型化设计要求,设计了3种二维弹道修正组件模型,应用Solid Works软件和ICEM软件分别建立3种修正组件的实体模型和网格模型,并利用Fluent软件进行气动特性数值计算,将计算结果进行对比分析,得出不同修正组件模型参数对气动特性的影响。研究结果表明,修正组件尺寸的减小会增大阻力系数;舵片形状和尺寸对阻力系数和升力系数影响较小,但是对滚转力矩系数影响较大,矩形结构的舵片对舵片周围气动特性会产生不利影响;在满足修正要求的前提下,可以适当缩小舵片面积来降低舵机控制难度,提升飞行稳定性。     

网络层次分析法在光电防护战斗效能评估中的应用

依据浮空器浮重平衡特性以及理想气体状态方程,探索了一种气体混充控制浮空器平飞高度的定高方式,并对浮空器气体混充定高技术进行了总体设计研究。考虑到热力学特性对于浮空器上升过程和平飞过程的重要性,结合工程热力学中混充气体的热物性能,以超压气球作为研究对象,分析球体上升和平飞过程中的热环境,并与动力学模型进行耦合。在此基础上,对混充气球上升及平飞过程进行力学仿真,得到气球上升过程中高度、速度、气体温度以及压强的变化,验证了浮空器混充定高技术的可行性,为后续浮空器飞行试验提供指导。     

浮空器气体混充定高建模与仿真

依据浮空器浮重平衡特性以及理想气体状态方程,探索了一种气体混充控制浮空器平飞高度的定高方式,并对浮空器气体混充定高技术进行了总体设计研究。考虑到热力学特性对于浮空器上升过程和平飞过程的重要性,结合工程热力学中混充气体的热物性能,以超压气球作为研究对象,分析球体上升和平飞过程中的热环境,并与动力学模型进行耦合。在此基础上,对混充气球上升及平飞过程进行力学仿真,得到气球上升过程中高度、速度、气体温度以及压强的变化,验证了浮空器混充定高技术的可行性,为后续浮空器飞行试验提供指导。     

高超声速气动热化学非平衡效应数值分析研究

通过数值分析研究了化学非平衡效应对气动加热问题的影响.分别以量热完全气体、单组分热完全气体和5组分化学非平衡气体为气体模型,计算了圆柱钝头的绕流流场和壁面热流密度分布,比较并分析了高温化学非平衡效应对流场特性,尤其是气动加热特性的影响.结果分析表明,高温化学非平衡效应可使激波层变薄,激波层内温度大幅下降,从而会严重影响气动热环境特性,是影响高超声速飞行器热防护设计的重要因素.     

潜艇变深运动的变结构控制研究

采用变结构控制方法.考虑舵的响应特性,对潜艇变深控制进行了仿真研究.给出变结构控制的切换函教和控制律的设计方法,分析了各控制参数对控制性能的影响,以及舵的响应特性对控制性能的影响.仿真结果表明.变结构控制对潜艇变深运动具有良好的控制作用,且具有良好的鲁棒性.     

舵操纵机构角频率特性试验技术

操纵机构是舵系统重要组成部分,其结构弹性影响舵系统的动态性能。介绍了一种操纵机构频率特性试验方法,通过设计弹上安装边界,利用基础角运动激励模拟舵机激励,获得了某操纵机构重要环节的频率特性,分析确认了结构刚度薄弱位置。该方法可以提前评估操纵机构结构设计。     

基于红外热像法的叶片受迫振动热耗散规律研究

疲劳过程中存在热耗散效应,热耗散产生的温度变化可反映疲劳损伤过程,为研究航空发动机叶片疲劳问题,故提出基于红外热像法的叶片受迫振动热耗散规律研究。首先,系统分析疲劳热耗散理论;其次,对叶片结构进行模态分析,获取各阶振型以及应力分布,分析振动特性,并确定薄弱区域;最后,基于红外热像法对平板和叶片结构在超声激励受迫振动过程中的热耗散规律进行研究。结果表明：叶片结构高阶模态主要为弯曲或扭转为主的复合振动,应力集中常发生在叶根与叶身中部;质量、阻尼作用和振动时间分别影响试件表面温升速率和最大温升值;热像法可作为结构受迫振动下应力集中区域快速检测的有效技术手段,为叶片结构振动疲劳非接触式测量研究提供了新的思路。