飞行器变后掠过程非定常气动特性形成机理

可变体飞行器变后掠过程中的时变气动力与力矩特性对于飞行安全具有重要意义,是亟待深入研究的基础问题.通过风洞实验对其开展了研究,揭示了可变体飞行器变后掠引起的气动特性动态迟滞现象及滞回环大小与方向的影响因素.基于风洞实验结果和力学中一些重要概念,提出了3种物理效应:流场迟滞效应、附加运动效应、固壁牵连效应,以此定性与定量论证了可变体飞行器变后掠过程中非定常气动特性的形成机理.除了能解释实验现象,这一机理研究亦可用于后续可变体飞行器变后掠过程中的气动特性建模.     

高速轧机工作界面非稳态混合润滑过程多因素耦合辊缝力学特性研究

综合运用摩擦润滑理论、流体力学理论、轧制理论,建立了考虑动态辊缝非稳态润滑过程多因素耦合轧制界面力学模型.该模型综合运用了基于非稳态润滑过程的界面摩擦模型、工作辊运动模型、辊缝应力分布模型构成的界面薄膜约束多因素耦合模型.系统分析了非稳态混合润滑状态下,当压下率和表面粗糙度为定值时不同时刻工作区压应力和摩擦应力的分布情况,以及压下率为定值时工作区压应力、摩擦应力随表面粗糙度和后张应力变化的情况.结果表明:在压下率和表面粗糙度为定值时,当具有较大的后张应力时,工作区压应力和摩擦应力却较低,同时压应力梯度和摩擦应力梯度也相当小,摩擦应力在入口和出口边缘处达到最大,当后张应力减小时,辊缝间压应力和摩擦应力增加,压应力梯度和摩擦应力梯度较大;在压下率为定值而表面粗糙度为变量时,当后张应力较大时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响非常大,辊缝间压应力和摩擦应力随着表面粗糙度的增加而增加,当后张应力较小时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响不太明显.     

A mass-matrix formulation of unsteady fluctuation splitting schemes consistent with Roe’s parameter vector

A mass-matrix formulation of the fluctuation splitting schemes for solving compressible, unsteady flows is proposed. This formulation is consistent with the conservative linearisation based on parameter vector and allows to extend to unsteady flows the ‘invariance under similarity transformations’ property that had been shown to hold for the steady version of the schemes. Second-order time accuracy is achieved using a Petrov–Galerkin finite element interpretation of the fluctuation splitting schemes. The approach may however be readily applicable to all other time-accurate fluctuation splitting formulations that have been so far proposed in the literature. Applications of the proposed methodology to two- and three-dimensional, inviscid and viscous compressible flows are reported and discussed in the paper.     

谐波平衡法在动导数快速预测中的应用研究

谐波平衡法以傅里叶级数展开为基础,将周期性非定常流场的非定常求解过程转化为几个定常流场的耦合求解过程,并通过重建得到整个流场的非定常过程. 建立了基于谐波平衡法的动导数快速预测方法,数值模拟了超声速带翼导弹俯仰的动态流场,并通过积分法获取了俯仰动导数,与实验结果吻合很好;且在同等计算精度下,谐波平衡法的计算效率是双时间步方法的13 倍. 应用谐波平衡法研究了较大范围内减缩频率对俯仰动导数的影响规律. 研究发现,对于本外形,当减缩频率降低到一定值后,俯仰动导数的值迅速变化,甚至发生变号;对此现象产生的原因进行了深入分析,并通过对导弹自激俯仰运动的数值模拟验证了该结果. 此外,针对大攻角条件下动态流场非线性强的特点,开展了谐波平衡法在大攻角下的适用性研究. 结果表明,谐波平衡法在大攻角下也能取得很好的计算结果.      

DTM-BF method and dual solutions for unsteady MHD flow over permeable shrinking sheet with velocity slip

An unsteady magnetohydrodynamic (MHD) boundary layer flow over a shrinking permeable sheet embedded in a moving viscous electrically conducting fluid is investigated both analytically and numerically. The velocity slip at the solid surface is taken into account in the boundary conditions. A novel analytical method named DTMBF is proposed and used to get the approximate analytical solutions to the nonlinear governing equation along with the boundary conditions at infinity. All analytical results are compared with those obtained by a numerical method. The comparison shows good agreement, which validates the accuracy of the DTM-BF method. Moreover, the existence ranges of the dual solutions and the unique solution for various parameters are obtained. The effects of the velocity slip parameter, the unsteadiness parameter, the magnetic parameter, the suction/injection parameter, and the velocity ratio parameter on the skin friction, the unique velocity, and the dual velocity profiles are explored, respectively.     

激波管中非平衡可凝结流的流动分析

理论推导激波管中相变加热的临界加热量,得到一个显式计算临界加热量公式.该式可广泛用于湿蒸汽或纯蒸汽相变加热流动计算.结果表明,考虑相变加热的临界加热量要大于外部加热的临界加热量;热壅塞时会产生一道向上游传播的凝结激波,且凝结激波位置在液相质量分率开始增长点之前.采用AUSM格式数值求解激波管中湿空气的凝结流动,理论预测与数值计算吻合良好.     

非稳态油膜力作用下偏角不对中碰摩转子系统振动特性分析

建立了非稳态油膜力、碰摩力作用下,偏角不对中轴系的横向振动模型,将Jeffcott转子模型推广至约束条件下的轴系振动模型,通过引入转子间的位移约束,由Lagrange方程导出了不对中轴系系统的振动方程.仿真研究表明:由于不对中的存在,轴系横向振动是强非线性、非定常、同时含有自激励、参数激励和外激励的三自由度振动系统;由于从动轴与主动轴的不对中,导致了转轴间的运动约束,使轴系横向振动系统比Jeffcott转子动力学模型所描述的振动系统少了一个自由度.随着偏角不对中量、转轴质量比的变化,系统出现周期、概周期、混沌运动特征.不对中轴系处于概周期运动时,呈现出自激振动特征.其结果可为旋转机械故障诊断、轴系对中及设备的安全运行提供更为准确的理论参考.     

信天翁近海面飞行时的气动力研究

针对信天翁近海面的飞行条件,研究信天翁能在大风浪中高效飞行的力学机理．将信天翁简化为二维机翼,采用势流理论的面元方法,重点研究了波浪的有益干扰．给出了信天翁在匀速固定高度飞行和自由飞行两种状态下的波浪扰动力．计算结果表明:信天翁的飞行效率不仅取决于飞行的高度和速度,而且取决于浪高和波长;在大风浪下信天翁可以从波浪有益干扰中获得推力来抵消部分飞行阻力,提高飞行效能．     

广义二阶流体涡流速度的衰减和温度扩散

将分数阶微积分运算引入到二阶流体的本构关系中,建立了带分数阶导数的广义二阶流体模型．研究了广义二阶流体涡流速度的衰减和温度扩散,利用分数阶导数的Laplace变换和广义Mittag-Leffler函数,得到了涡流速度场和温度场的精确解,分析了分数阶指数对涡流速度的衰减和温度扩散的影响．     

耦合时间精度对模拟飞行器自由运动特性的影响

将亚迭代技术引入流体动力学和刚体动力学方程的耦合求解,获得细长三角翼极限环运动的规律.探讨耦合时间精度对飞行器非定常运动特性的影响,细长三角冀的大迎角自由滚运动最终形成极限环振荡的周期性自维持运动,不同攻角自由滚振幅阶跃式的变化特点较好地吻合了自由滚试验的规律.对于多系统耦合问题,亚迭代耦合求解(耦合时间精度为二阶)对物理时间步长的依赖性不明显;而存在一阶时间滞后的解耦推进方法的数值结果强烈地依赖于物理时间步长选取,稍大的时间步长将导致非物理的数值结果.