冲压加速器弹丸发射系统非反应流数值模

介绍一种新型发射技术──冲压加速器技术。根据冲压加速过程中复杂激波系的流场特点,构造了有限体积的ＴＶＤ格式,用于求解Ｎ－Ｓ方程。计算结果与试验结果相一致,给出详细的流场谱图。为冲压加速器的冷态试验提供有益的指导。     

计算流体动力学的现状和展望

本文综述了计算流体动力学的进展,侧重物理问题(而不是方法)。首先,讨论了描述质量、动量和能量守恒的流体动力学控制方程。其次,在接下去的两节中叙述了无粘流和边界层流的近期计算工作。最后,结合近期文献中的几个例子阐述了数值求解Navier-Stokes方程的粘性流计算。     

冲压板材拉伸筋阻力的一种有效数值计算方法

将弹塑性有限变形的拟流动角点本构理论和厚向各向异性屈服函数引入弹塑性动力显式有限元列式,对板材通过拉伸筋的变形过程及拉伸筋阻力进行了数值模拟,并与有关实验结果进行了比较很好的一致性,表明了该计算方法的有效性。进而,数值研究了拉伸筋形状、界面摩擦状况以及材料的厚向各向异性对拉伸筋阻力的影响,为实际覆盖件冲压成形中拉伸筋的设置提供了重要的定量依据。     

叶轮机械迴转面流场的有限元近似解方法的研究和数值计算

本文提出一种新的概念:即在应用有限元处理不同类型的流体力学、传热学问题时,应该根据各自问题的物理本质,采用不同型式的基函数(shape function),并在文[1]的基础上,应用有限元近似解方法(FEAM)对直角弯管流动进行了数值计算和精度分析,还对带长短叶片的前向离心通风机的迴转面流场进行了数值计算和分析,在迴转面流场计算中采用了一种新的简化方法,解决了在非矩形单元上求取近似解的困难,计算结果表明在稀疏网格下能保持较高精度,从而明显地提高了计算速度。     

超燃冲压发动机燃烧模态转换试验研究

在模拟飞行高度为25 km、来流马赫数为6的情况下,采用试验研究的方法对超燃冲压发动机燃烧模态转换进行了直连式试验。根据燃烧室壁面压力分布和一维模型分析表明,燃料喷射位置和当量比的动态改变,实现了燃烧室内燃烧模态的动态转换。不同燃料喷射位置切换顺序比较表明,燃烧室内燃烧状态的改变受燃料分布所决定,但是燃烧室自身具有一定的抗波动能力。     

竖向集中力作用下水平悬链线构形和张力的计算及试验验证

悬链线理论提出以来,广泛应用于电线架设、桥梁悬索和海洋拖曳等领域。目前,悬链线理论应用中主要是考虑竖向向下荷载及水平荷载作用下的工况,对于竖向向上荷载这一工况的研究却没有。本文基于补充几何假设,使悬链线问题求解更简单。从水平悬链线受均布及竖向向上荷载这一工况出发,建立了竖向集中力和均布荷载共同作用下悬链线所满足的非线性方程组。采用半显示解法对其求解,获得了悬链线构形及线内水平张力随悬链线水平距离、集中力大小和作用位置不同的变化规律;对非线性方程组求导,证明了水平张力取得极小值的条件,并给出悬链线构形对称性所需满足的条件。为了证明理论的正确性,采用不锈钢圆环链条材料进行静力构形及张力测试。结果表明,当竖向向上集中力作用在悬链线中点且大小为悬链线均布荷载的一半时,线内水平张力取得极小值,集中力作用点与悬链线两端点处于同一水平线上,此时悬链线两端水平约束力最小,受力状态最优。     

计算流体动力学和计算水动力学的进展和展望

从计算流体动力学与计算水动力学的三个主要方面──数学模型研究、数值模拟方法研究和应用计算机软件研制谈其发展状况和进展。     

高马赫数超燃冲压发动机技术研究进展

吸气式高超声速飞行在空间运输和国家空天安全领域具有极高价值,超燃冲压发动机是其核心动力装置.目前飞行马赫数4.0～7.0超燃冲压发动机技术日趋成熟,发展更高速的飞行动力技术成为今后临近空间竞争焦点之一.本文对飞行马赫数8.0～10.0的高马赫数超燃冲压发动机技术进行了分析和综述.首先论述其亟待解决的关键问题和技术,分别包括高焓离解与热化学非平衡效应、超高速气流燃料增混与燃烧强化技术、高超声速燃烧与进气压缩的匹配及工作模态、高焓低雷诺数边界层流动及其控制方法、高焓低密度流动/燃烧的热防护技术,以及高马赫数发动机的地面试验风洞技术.然后,进一步介绍了国内外高焓激波风洞与驱动技术以及国内外典型的地面和飞行试验进展.进而针对推进和热防护的总体性能评估、高马赫数发动机内凸显的高焓离解与热化学非平衡效应、超高速气流燃料增混和燃烧强化技术综述了相关研究进展及结论,讨论了高马赫数超燃冲压发动机的可行性以及各关键技术的特点.最后进行了总结并对后续研究提出了几点建议.     

机车车轮踏面与钢轨接触的仿真计算及试验研究

应用轮轨型面测量仪测量实际运用中的磨耗后机车车轮,基于标准与磨耗后机车车轮型面,建立轮轨接触三维有限元模型,计算分析不同横移量下的接触斑和等效应力.搭建轮轨接触试验台,使用取自现场的车轮与钢轨试块进行试验,分析不同横移量下轮轨接触状态.针对磨耗前后车轮与标准钢轨接触的有限元计算与试验进行对比分析.结果表明:横移量对轮轨接触状态有着显著的影响,横移量过大会加速机车车轮的磨耗;与标准型面相比,磨耗后车轮型面与标准钢轨接触时的接触斑面积较大,最大等效应力较小;通过轮轨接触试验台所得接触斑形状和大小与仿真计算所得结果一致性较好,证明了有限元仿真计算的可靠性.     

后墙拆分结构防护性能的实验和计算对比研究

为验证利用后墙拆分方式提升防护结构性能的可行性,通过开展数值模拟（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度5.0～8.3 km/s）和超高速撞击实验（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度约8.3 km/s）,研究了3种防护结构的性能差异以及不同撞击速度对结构防护性能的影响。防护结构主要包括Whipple结构和两种后墙拆分结构。针对直径6.0 mm铝弹丸分别以5.0、6.0、7.0、8.3 km/s的速度撞击防护结构的工况,借助Autodyn软件开展了数值模拟,并将模拟结果与在弹道靶设备上获得的超高速撞击实验结果进行了对比。模拟结果与实验结果均表明,在相同撞击状态下两种后墙拆分结构的防护性能有所差异,但均优于相同面密度的Whipple结构,且随着撞击速度的提高,这种优势具有增大的趋势。     

预混燃气高压不稳定燃烧实验研究

以冲压加速器为工程背景,着重研究预混燃气高压不稳定燃烧问题。采用实验方法,分析预混燃气装填压力、配比等因素对不稳定燃烧的影响;采用频谱分析方法,分析诸因素对压力振动特性的影响。实验给出的预混燃气的装填压力及配比的范围,可直接应用于冲击加速器射击实验,这对于减少冲压加速器高压异常事故具有重要的实际意义。     

小行星撞击地球的超高速问题

小行星撞击地球是人类生存面临的潜在威胁之一.在小行星进入地球大气与撞击地球表面过程中,存在烧蚀、解体、空中爆炸、火球、撞击成坑、反溅碎片云、地震以及海啸等一系列复杂的物理化学和力学现象.本文梳理和归纳了与这些现象相关的超高速空气动力学问题和超高速碰撞动力学问题.小行星进入地球大气的超高速空气动力学问题有：极高速($V = 12 ~ 20$km/s)进入条件下的气动力与轨迹,极高速进入条件下的小行星气动加热与烧蚀机理,极高速气动加热条件下的小行星结构传热与热响应,极高速进入条件下的高温气体效应,小行星进入过程的物理特征.小行星撞击地球的超高速碰撞动力学问题有：陆地撞击成坑与反溅碎片云,海洋撞击与海啸,撞击过程的地震效应.由于小行星撞击地球与超高速飞行器的再入过程在速度、材料和结构上存在较大差异,针对这些超高速问题,现有的研究手段在地面试验和数值计算两方面都存在不足.最后,从小行星进入地球大气的弹道方程、质量损失方程、解体判据和解体模型等出发,初步建立了小行星进入与撞击效应分析评估模型,并对Chelyabinsk和Tunguska两次流星事件进行了分析,重构了进入与爆炸解体过程,评估了空爆火球在地面所导致的超压和热辐射损伤.     

Adaptive control of anti-aircraft missile launcher mounted on a mobile base

This paper presents the problem of control of anti-aircraft missile launcher mounted on a moving carrier-vehicle. Direct excitations on the vehicle from the road cause adverse vibrations of the launcher. In order to increase the precision of the guiding system in the conditions of self-propelled movement of the setup on a bumpy road, the adaptive control algorithm was proposed. Some research results of computer simulation are presented in a graphical form.     

基于小波的蜂窝板面超高速撞击声发射信号损伤特征提取

为了通过超高速撞击声发射信号识别蜂窝结构受空间碎片撞击后的损伤状态,提出一种基于小波的损伤特征提取方法。采用超高速撞击声发射技术,以铝合金蜂窝板为研究对象,通过超高速撞击实验获取实验信号。分析超高速撞击声发射信号的时频特征及板波模态等特征,采用Daubechies小波变换将信号中模态分离,根据小波系数计算各尺度小波能量分数及小波能量熵特征,分析各特征参数与损伤间的关系,并通过Kruskal-Wallis检验方法验证各特征值对损伤识别的贡献。结果表明：小波能量分数和小波能量熵具有一定的损伤模式分类能力;250 kHz以上的小波能量分数具有良好的损伤模式分类能力;非超声部分的低频信号对损伤识别存在干扰。     

飞机翼身干扰流动分离机理研究

采用CFD(计算流体力学)方法,结合风洞试验结果,对飞机翼身干扰流动分离机理进行了研究。分析了机翼根部马蹄涡、边角涡的内部结构和形成过程;研究了机身和机翼的压力分布及附面层,进而总结给出了飞机翼根流动分离机理;同时也验证了CFD方法对翼身干扰计算的准确性。研究结果表明:机翼前缘对气流的阻挡作用形成较高的逆压梯度,使气流产生回流形成马蹄涡,马蹄涡影响翼根表面附面层,使机翼机身附面层掺混失稳,向下游流动发展形成边角涡。     

高速碰撞中的有限元方法及其应用

讨论了连续介质力学守恒方程的有限元离散方法,针对高速碰撞的物理特点,提出了数值计算中所应重视的问题及其有效的解决办法。文中给出的典型算例说明本方法对各类高速碰撞问题的数值模拟计算是十分有用和成功的。     

Exploring the undrained cyclic behavior of methane-hydrate-bearing sediments using CFD–DEM

Based on the mechanical experimental results of methane hydrate (MH), a bond contact model considering the rate-dependency of MH is proposed. A CFD–DEM scheme considering fluid compressibility is used to simulate a series of undrained cyclic shear tests of numerical methane-hydrate-bearing sediment (MHBS) samples. The dynamic behavior, including stress–strain relationship, dynamic shear modulus, and damping ratio, is investigated. In addition, the force chains, contact fabric and averaged pure rotation rate (APR) are examined to investigate the relationships between micromechanical variables and macromechanical responses in the DEM MH samples. The effects of temperature, confining pressure and MH saturation are also analyzed. Due to the micro-structural strengthening by the MH bonds, no obvious change in microscopic quantities is observed, and the samples remain at the elastic stage under the applied low-shear stress level. When confining pressure and MH saturation increase, the dynamic elastic modulus increases, while the damping ratio decreases. An increasing temperature (leading to weakening of MH bonds) can lower the dynamic elastic modulus, but has almost no impact on the damping ratio. On the contrary, an increasing cyclic shear stress level lowers the damping ratio, but has almost no effect on the dynamic elastic modulus.     

轴对称冲击有限元一致质量矩阵迭代解

给出高速冲击动力有限元一致质量矩阵解的迭代过程,即把集总质量矩阵解作为初值进行有限次迭代得到满足工程需要的一致质量矩阵近似解．实际算例说明,一致质量近似解较集总质量解改善了对应力波传播过程的分析,而且在高速冲击计算中能给出与实验接近的计算结果．