高超声速飞行器热防护材料与结构的研究进展

高超声速飞行器是航空航天的一个重要发展方向,在未来国防安全中起着重要作用．高超声速飞行器热防护材料与结构是高超声速飞行器设计与制造的关键技术之一,它关系到飞行器的安全．高超声速飞行器热防护材料与结构主要有金属TPS热防护系统、超高温陶瓷、C/C复合材料等．从材料制备、抗氧化、力学与物理性能表征等方面综述了热防护材料与结构的研究与应用现状,评述了其发展趋势．     

一体化高超声速飞行器攻角特性的数值研究

采用二维耦合隐式NS方程和标准k-ε湍流模型,对采用Hark形头部的一体化高超声速飞行器在进气道关闭、发动机通流和发动机点火工况下的攻角特性进行了数值仿真研究.探索了可变攻角情况下,飞行器各部件对飞行器整体气动-推进性能的贡献程度.结果表明,在3种不同的工作状态下,飞行器都是纵向静稳定的,足够大的升阻比可以满足飞行器飞行要求,同时,对发动机型面及机身上壁面的改进有利于进一步满足飞行器对气动.推进性能的要求.     

高超声速飞行器纵向动力系统平衡态集的拓扑结构研究

以高超声速飞行器纵向运动的空气动力学模型和结构动力学模型为依据,采用数值分析的方法,研究了高超声速飞行器动力系统平衡点集的拓扑结构.首先根据高超声速飞行器在巡航阶段的飞行边界的限制条件得到在给定的飞行高度和马赫数下的平衡点集,由此近似估算出了高超声速飞行器的飞行包线.然后根据得到的平衡点集,分别研究了高超声速飞行器的迎角、升降舵偏角和发动机的燃料当量比与飞行马赫数和高度的关系,并进行了数值拟合,在此基础上分别描绘了以上三个拟合关系式的曲面关系图。     

高超声速飞行器前驻点热流数值模拟的物理准则研究

通过建立高超声速飞行器前驻点处沿驻点线的准一维流简化模型,再将头激波后流场分为无粘区和近壁粘性区,然后从N-S方程组出发,利用流场对称性和量级分析方法,最终推导出驻点邻域简化控制方程组,并证明了其流动具有边界层型特征．在此基础上,根据该控制方程组,给出了计算结果应满足的壁面驻点以及沿驻点线的相容关系,成为热流CFD计算准确与否应遵循的物理准则．最后通过算例验证了物理准则作为热流CFD计算可靠性判据的正确性．     

小攻角高超声速钝锥边界层中不同扰动对转捩的影响

为了研究上游不同扰动对转捩位置的影响,针对来流Ma=6,攻角1°,半锥角5°的钝锥边界层的转捩进行了数值模拟．首先研究了边界层中小扰动的演化,与流动稳定性理论进行了对比,结果表明:在所考虑的流场中,流动稳定性线性理论可以对扰动的增长率做出一个较好的预测．在此基础上,研究了不同扰动对转捩位置的影响．计算给出了在两种不同频率分布的扰动情况下,转捩位置沿周向的分布．结果表明,转捩位置沿周向分布与入口扰动的幅值和频率有关．某子午面的转捩位置由该处的最不稳定波在入口的幅值决定．根据大多数风洞中背景扰动的特性,解释了小攻角圆锥转捩实验中背风面先转捩,迎风面后转捩的现象．同时,还解释了在背风面附近转捩位置“凹陷”的现象．     

飞行器弹性控制与人造卫星轨道研究

扼要介绍20世纪60-70年代以关肇直为代表的控制论研究室的课题组所获得的两项国家奖——国家自然科学一等奖项目《飞行器弹性控制理论研究》和国家科技进步特等奖项目《尖兵一号返回型卫星和东方红一号卫星》中的子课题“卫星轨道测量”与“轨道选择研究”.     

跨声速颤振数值模拟方法研究

建立了一套完整的跨声速颤振特性工程分析方法。首先分别利用ZTAIC法(等价片条法)、ZTRAN法(域平板法)以及CFD方法直接求解Euler(欧拉)方程3种方法,得到了跨声速非定常气动力,再采用g法求解颤振方程,并将分析结果进行了比较。对比分析表明ZTRAN法和时间线化Euler法能够快速有效地反映跨声速气动力的非线性效应,适应于工程应用上的快速跨声速颤振分析。     

TVC飞行器的新型滚动飞行控制研究

针对某推力矢量姿态控制（TVC）飞行器,在助推段需要连续绕弹体纵轴滚动（自旋）飞行的新问题,在研究其非线性飞行动力学建模和动力学特性的基础上,通过分析研究和数值仿真,找出了影响俯仰偏航飞行稳定和姿态控制精度的主要交叉耦合因素．重点突出曾被忽视的因自旋滚动引起底层伺服系统之间的惯性延迟耦合,提出了工程可实现的解耦控制方案和算法．可为进一步研究该类复杂飞行器的飞行控制提供模型和方法上的理论指导和参考．     

飞行器内裂纹转子系统的非线性动力学特性研究

在Jeffcott转子的开闭裂纹及方波模型基础上,建立了飞行器内裂纹转子系统的运动模型．数值研究表明:当飞行器以不同的等速度飞行时,转子轴与水平面之间夹角的变化将造成重力分量的变化,从而使转子运动在周期解、拟周期或浑沌状态之间变化,而且出现非线性现象的转速比、刚度变化比等参数的范围、进入和退出浑沌的路径、响应中的频率成份也会发生变化．飞行器的飞行速度变化还会改变裂纹转子响应的稳定性．飞行器等速飞行后的加速过程将引起转子振幅的突升及其后的下降,而且会使裂纹转子系统响应可能在不同的非线性状态下交替改变．     

壁温变化非定常气动加热机理研究

研究了高超声速平板边界层因壁温时变引发的非定常气动热环境特征及机理.通过近似解析和数值模拟两种手段,得到了壁面热流随时问变化的完整过程.解析手段求解非定常可压缩边界层方程,将非定常响应表达成稳态解加上摄动级数的形式,在初始和最终稳态邻域分别求解,在适当的位置进行拼接,从而得到整个时间域上的解.在满足解析解假设的区域,数值结果与解析结果吻合较好,证明了所使用方法的可靠性.结果表明,非定常响应有两点显著特征:在壁温突然增加后短时间内,壁面热流方向改变,热边界层剖面在壁面附近出现了另一个拐点,这种新的剖面形状是典型的非定常特征.但是,高超声速情况下此种非定常响应存在的时间却很短,在考虑长时间气动加热的情况下,若只存在壁面温度时变的诱因,可以忽略流动中的非定常过程,当作准定常情况来处理.     

The Compressibility of Checkerboard Surfaces of Link Diagrams

Consider the checkerboard surfaces defined by some link diagrams. When they are not orientable, one considers the boundary surfaces of small regular neighborhoods of them. This article studies the compressibility problem of these kinds of surfaces in the link complements. The problem is solved by devising a normalization theory for the compressing discs, which brings up an algorithm to read out compressibility directly from the link diagrams. As an application of the algorithm, the compressibility changes under Reidermeister moves are studied. Diagrams from the knot tables are also studied, and surprisingly, some of them are shown to define completely compressible surfaces of this kind. Infinitely many examples of non-alternating knot diagrams with incompressible surfaces of this kind are also constructed.     

Modelling of Heat Transfer and Vehicle Dynamics for Thermal Load Reduction by Hypersonic Flight Optimization

Heat input reduction by appropriate, optimal trajectory control is considered for the range cruise and the return-to-base cruise of a hypersonic vehicle propelled by a turbo/ram jet engines combination. A mathematical model is developed for describing the unsteady heat transfer through the thermal protection system. This model is coupled to the model of the dynamics of the vehicle. An efficient optimization technique is applied for constructing a solution for the two cruise problems. The results show that significant heat input reductions can be achieved with only a small penalty in fuel consumption.     

"双积分"制度下新能源汽车 双合作制造的博弈分析

基于即将实施的"双积分"政策,分析普通、新能源汽车生产线共存的供应链合作模式,建立"双积分"下新能源汽车双合作制造模型,提出车企总收益最大化的生产布局策略.分析分配应该满足的性质,将满足此性质的双合作博弈Shapley值应用到两条生产线并存的供应链合作制造问题中,提出最优分配策略.最后,以吉利汽车为例进行实证分析,对于总积分值为正的单位,应该通过增加普通汽车产量、对外出售积分、提高积分达标值等增加收益.实证显示新能源汽车双合作制造模型的有效性,模拟结果可为车企决策提供参考.     

Numerical Study on Hypersonic Flow and Aerodynamic Heating北大核心CSCD

基于有限差分法开发了高超声速流动与换热问题气热耦合仿真求解器,运用该求解器对三种典型高超声速流动与换热问题开展了仿真研究,得到了相应的气动参数、热流密度分布。高超声速后台阶的存在使表面气动参数、热流分布不再连续;随着缝深的提高,缝隙局部流速迅速降低,对流换热效应减弱;高超声速无限长圆管绕流中,边界层外部区域气动参数随时间变化不大,边界层内存在较大的温度梯度,壁面温度随时间升高。三个算例的仿真结果均与试验测量值进行了对比,验证了所开发的求解器的计算能力。     

邮政运输网络中的邮路规划和邮车调度研究

邮政运输网络是邮政企业运营的重要保障,而邮路规划和邮车调度设计是决定邮政运输网络效率的关键因素,问题1的邮路规划问题归结为带返程货的车辆路由问题,该问题是NP-难的,采用改进蚁群算法,通过对单环路旅行商问题进行断环分析,将运行线路的好坏反馈给蚁群算法的目标函数,求取最终的优化路径.第二问邮路规划扩展到了全区,采用有优先级的分县优化途径寻求最佳邮路.最后,给出模型的评价及改进方向.     

应急物资联合配送决策研究

救援物资的高效投放是应急物流的关键活动之一。考虑到灾后救援车辆短缺,分配时受灾群众产生非理性心理,以及灾后道路状况对军、地救灾车辆速度产生影响等因素,本文从军民融合的角度出发,根据军地运输车辆特点,设计科学合理的车辆分配方案与运输路线。论文研究构建了基于车辆分配公平性和应急配送及时性的“分配-运输”集成决策模型,设计改进后的NSGA-Ⅱ算法进行求解,最后通过算例验证本算法的有效性和合理性,并通过调节军民运输车辆数,找到应急救援过程中的最佳军、地车辆比例,从而为灾后各灾备中心的车辆调度决策提供参考。