超高速高空低动压柔性罩体脱落天地相关性研究

柔性罩体包裹于飞行器外表面,在飞行中段起到保护作用.再入过程中在气动力/热共同作用下,从飞行器表面拉开、脱落,脱落过程产生的附加干扰力/力矩,对飞行器再入姿态产生影响,造成惯性落点偏差.采用地面风洞模拟超高速高空低动压环境,考核不同再入动压条件下,罩体连接绳在气动力作用下的脱开过程,以及脱落过程对飞行器产生的干扰力/力矩.根据动态相似准则,将地面试验条件下罩体模型的脱落历程推导到飞行条件,建立刚体动力学仿真模型计算落点,与无干扰模型的理论落点对比,采用概率统计的方法分析罩体脱落引起的飞行器落点偏差,为罩体连接形式的优化设计提供支撑.      

高空离轨发动机流场红外辐射特性研究

高超声速飞行器大攻角机动时,其离轨发动机产生的喷流与高速稀薄的大气来流产生强烈干扰,流场情况复杂,流场红外辐射也是天基红外系统探测的标志性事件.本文针对高超声速飞行器发动机喷流与稀薄来流的相互干扰情况,采用数值求解Navier-Stokes方程模拟干扰流场,采用逐线积分法得到气体红外辐射特性,结合反向蒙特卡洛方法计算得...     

发动机喷流对火箭气动特性影响

开展了考虑底部发动机喷流影响的火箭气动特性CFD仿真设计,比较了有/无喷流时火箭附近流场结构、表面压力分布、整体气动力/力矩特性在亚/超声速段的差异,结果显示,发动机喷流对火箭亚声速段的轴向力、法向力和俯仰力矩特性均有较为显著的影响,且有减小尾部空气舵气动控制力矩的影响,而超声速段的影响仅限于轴向力。该仿真结果与飞行试验气动辨识结果较为一致。基于仿真分析结果,可建立一种折中考虑喷流影响的气动特性设计方法,供火箭精细化气动特性设计参考使用。      

航空发动机喷流起电机理建模与试验研究

以研究航空发动机喷流起电的机理以及喷流起电对飞行器整体带电特性的影响为目的, 对起电机理进行了建模和实验验证. 首先以流体运动方程为基础, 建立了航空发动机带电粒子浓度的动态仿真模型, 仿真得到发动机燃烧过程中的各类粒子浓度变化情况. 其次, 设计了用于发动机喷流起电探测的静电感应传感器, 对装配涡扇发动机的某型飞行器进行了地面试验测试, 得到了发动机启动、稳定运行、加速、减速、停止等状态的动态电位. 仿真及实验结果详细地描述了发动机喷流起电的机理, 以及喷流起电会使飞行器带负电的结论, 为进一步分析飞行器飞行过程中整体带电特性提供了指导. 关键词： 航空发动机 喷流起电 传感器     

高超声速飞行目标尾焰红外辐射测量

为了研究超高声速飞行器发动机尾焰喷射高温高速气流的辐射特性,对尾焰成分CO₂及H₂O分子在4.3和2.7 μm大气窗口红外辐射波段进行了测量.利用高温燃气激波风洞模拟产生超高声速飞行器尾焰喷流,喷流速度M=5.5.实验中选用单元型InSb红外探测器,并利用黑体进行原位定标.测量距离为0.7 m,采用单透镜成像加光阑的方法收集光信号.实验中分别沿喷流方向喷流垂直方向进行了多点测量,通过定标结果反演得到尾焰在4.3和2.7 μm分别沿喷流方向和喷流垂直方向的光谱辐亮度和波段辐亮度分布,测量结果表明4.3 μm辐射强度及稳定性均高于2.7 μm.      

翼梢侧向喷流干扰特性数值模拟

当弹体表面安装喷管时,在喷管迎风条件下往往出现不利的侧向喷流干扰,翼梢安装喷管能减弱这种不利干扰.采用有限体积离散方法求解N-S方程,研究了旋成体-边条翼-舵组合体翼梢安装喷管的侧向喷流干扰特性和规律.分析了干扰流场结构和喷流干扰因子随Mach数、攻角、飞行高度等参数的变化特性.研究结果表明:翼梢喷流干扰形成了非常复杂的流场结构,虽然翼梢喷流远离弹体,仍对弹体、翼、舵上的载荷产生明显影响,在不同飞行条件下干扰范围和强度明显不同.喷流气动干扰因子规律复杂并呈非线性变化,干扰因子大于0.5的范围明显增加,有效增加了喷流控制使用范围.但在某些条件下仍然出现较大负值,产生严重不利干扰现象.      

旋转飞行器动稳定导数获取原理

旋转飞行器具有独特的周期性非定常气动现象，其动态特性更加复杂，气流与旋转高度非定常关联，俯仰阻尼导数和Magnus力矩导数同等重要.文章从飞行器气动力建模的理论基础出发，考虑飞行器自转角速度非零的事实，将其作为基态影响参数，重新构建了旋转飞行器气动力数学表达式，并借鉴成熟的常规动导数强迫振动法，采用Fourier级数表征旋转影响，沿用旋转飞行器周期气动等效概念，建立了基于基态旋转流场的周期气动等效平均俯仰动稳定导数、纵向洗流时差导数和滚转动稳定导数获取的原理表达式，并设计了相应的运动模式，可供数值计算和风洞实验使用.      

基于自由涡的风轮失谐气动特性研究EI北大核心CSCD

采用一种改进的自由涡方法研究了风切变条件下,叶片安装角存在偏差的失谐风轮的气动特性。计算方法由模拟叶片气动力的非线性升力线法和模拟尾迹涡运动的时间精确自由尾迹法构成。以某2.5 MW风力机为例,计算了功率曲线和叶片气动力分布,并与Bladed软件和CFD计算结果进行了比较。研究了切变风条件下,不同叶片安装角偏差量,风轮推力、扭矩、偏航力矩和俯仰力矩的变化。结果表明,所采用的计算方法是准确有效的。风轮叶片安装角偏差,对风轮推力和扭矩影响较小,对风轮偏航和俯仰力矩影响较大。不同叶片安装角偏差量相反,会显著增加风轮偏航和俯仰力矩波动。     

基于自由涡的风轮失谐气动特性研究

采用一种改进的自由涡方法研究了风切变条件下,叶片安装角存在偏差的失谐风轮的气动特性。计算方法由模拟叶片气动力的非线性升力线法和模拟尾迹涡运动的时间精确自由尾迹法构成。以某2.5 MW风力机为例,计算了功率曲线和叶片气动力分布,并与Bladed软件和CFD计算结果进行了比较。研究了切变风条件下,不同叶片安装角偏差量,风轮推力、扭矩、偏航力矩和俯仰力矩的变化。结果表明,所采用的计算方法是准确有效的。风轮叶片安装角偏差,对风轮推力和扭矩影响较小,对风轮偏航和俯仰力矩影响较大。不同叶片安装角偏差量相反,会显著增加风轮偏航和俯仰力矩波动。     

基于回转体型艇身的电磁流体表面推进与矢量控制特性研究

电磁流体表面推进是在推进体周围的导电流体中(海水、等离子体等)激励出电磁体积力,并利用电磁体积力的反作用力达到推进的目的.本文基于电磁场和流体力学的基本控制方程,通过电磁场有限元方法探讨了电磁流体表面推进在回转体型艇身上的矢量控制效果,并分析了在两种不同的电磁力作用区域下航行器周围的场强的分布特征以及受力情况.结果表明:这种控制方式可以在不改变航行器攻角和推力方向的情况下通过调控电磁力的作用范围来实现航行器姿态调整,进而达到矢量推进与控制的目的;在航行器表面施加控制方式A的电磁力可以使航行器获得一个抬头力矩,而在控制方式B作用下航行器可以同时对俯仰力矩和偏航力矩进行调整.因此作为一种新兴的推进方式,电磁流体推进不仅具有高速高效、操作简单、高有效载荷等特点,而且矢量推进也成为电磁流体表面推进另外一个优势.     

Exergy analysis and greening performance carpets for turbojet engines

The turbojet engine is used to propel the aircraft by accelerating the combustion gases in the opposite direction to motion. This is accomplished by greatly accelerating a small mass of fluid. In this work, an energy analysis is carried out under operating conditions of 13000-m altitude and 0.8 Mach number to determine the variation of specific thrust and the specific fuel consumption with different compressor pressure ratios and turbine inlet temperatures. The exergy analysis is then applied to show more realistic performance. Thereby, the specific thrust showed an increase by 1.7%, and the specific fuel consumption was decreased by the same ratio as a result of 10% drop in optimum pressure ratio.     

Investigating an annular nozzle on combustion products of hydrocarbon fuels

Full-scale and computational experiments were used to investigate the flows in the jet thrust unit with annular nozzle and deflector in the form of a spherical segment. The used working gas was the combustion products of air mixtures with acetylene, gas-phase aviation kerosene, and natural gas. Experimental studies were carried out in a hot-shot wind tunnel in the range of stagnation pressure from 0.48 to 2.05 MPa. The calculations for the cases of combustion products outflow in terrestrial and high altitude conditions were performed with the original computer program that used the Euler and Navier-Stokes systems supplemented by equations of chemical kinetics. It was found that the thrust of the jet module with an annular nozzle at high altitude almost twice exceeds the sound nozzle thrust, but is lesser (about 25 %) than the thrust of the ideal calculated Laval nozzle; the difference therewith decreases markedly with the decrease of flight altitude and stagnation pressure.     

高空低压低温环境航空发动机燃烧室熄火特性实验

航空发动机高空熄火是非常严重的安全威胁,高空燃烧稳定性与可靠再点火是航空发动机燃烧室的普遍要求.文章介绍了高空低压低温条件下航空发动机燃烧室模拟实验设备方案和调试结果,实现了对地面状态到高空10 km处环境条件的模拟.研究表明,随着高度增加,贫油熄火极限油气比不断增大.地面状态的贫油熄火油气比为0.016,高空10 km条件下,熄火油气比为0.071,增大3倍以上.低压低温环境下,火焰锋面位置不断向喷嘴收缩,燃烧释放热区域缩小到燃油喷嘴头部附近,CH*发光强度不断衰减.在模拟高度4 km时,火焰开始转为淡蓝色,10 km时燃烧室内为淡蓝色火焰,燃烧趋于不稳定.      

The role of nonlinear effects in the propagation of noise from high-power jet aircraft

To address the question of the role of nonlinear effects in the propagation of noise radiated by high-power jet aircraft, extensive measurements were made of the F-22A Raptor during static engine run-ups. Data were acquired at low-, intermediate-, and high-thrust engine settings with microphones located 23-305 m from the aircraft along several angles. Comparisons between the results of a generalized-Burgers-equation-based nonlinear propagation model and the measurements yield favorable agreement, whereas application of a linear propagation model results in spectral predictions that are much too low at high frequencies. The results and analysis show that significant nonlinear propagation effects occur for even intermediate-thrust engine conditions and at angles well away from the peak radiation angle. This suggests that these effects are likely to be common in the propagation of noise radiated by high-power aircraft.     

进入轨道偏差对火星科学实验室气动力特性的影响

针对火星科学实验室(MSL)高超声速进入过程,利用三维并行程序求解流体力学Navier-Stokes方程,耦合真实气体模型,分析火星大气中真实气体效应对进入器气动力特性的影响量在进入轨道发生偏差时的变化规律.结果表明:对海盗号的计算结果与飞行数据符合很好,验证了火星大气真实气体模型和计算方法;真实气体效应影响下,激波层厚度大为减小,温度下降明显,进入器阻力系数明显增加,升力系数变化不大,俯仰力矩系数增加,基准状态下配平攻角较完全气体减小约2.2°;高度不变,Ma数增加导致阻力系数和俯仰力矩系数增大,配平攻角和完全气体的差值由1.6°增加到2.6°,表明Ma数变大时真实气体效应引起的气动力变化增强;Ma数不变,高度增加略微减弱波后化学反应,对进入器气动力特性基本没有影响.     

Torsional vibration of crankshaft in an engine–propeller nonlinear dynamical system

Theoretical and experimental studies on torsional vibration of an aircraft engine–propeller system are presented in this paper. Two system models—a rigid body model and a flexible body model, are developed for predicting torsional vibrations of the crankshaft under different engine powers and propeller pitch settings. In the flexible body model, the distributed torsional flexibility and mass moment of inertia of the crankshaft are considered using the finite element method. The nonlinear autonomous equations of motion for the engine–propeller dynamical system are established using the augmented Lagrange equations, and solved using the Runge–Kutta method after a degrees of freedom reduction scheme is applied. Experiments are carried out on a three-cylinder four-stroke engine. Both theoretical and experimental studies reveal that the crankshaft flexibility has significant influence on the system dynamical behavior.