变截面超-超引射器启动特性数值研究

为研究不同结构参数与来流参数下变截面超-超引射器的启动特性,用于指导超-超引射器设计与工况调试,采用二维雷诺平均Naiver-Stokes方程,数值研究了引射器混合室不同收缩比、一次流和二次流的不同总压比、总温比下超-超引射器的启动规律,并定义了“启动系数”来判别超-超引射流场是否建立。研究结果表明:随着收缩比（范围0.7～0.9）的增加,超-超引射器启动的临界总压比、总温比均先降低后升高,收缩比0.8时,存在最佳总压比5.88,最佳总温比0.21。结构参数一定,超-超引射器随总温比升高启动难度增加。当超-超引射器处于启动状态下,室压不随总温比、总压比变化而变化,引入的启动系数较引射系数可不依赖具体工况而直接判别超-超引射器是否启动。     

等截面超-超引射器流场结构及引射性能

为考察超声速引射器直接引射超声速二次流时的性能,采用纹影技术和压力测量手段对一等截面超-超引射器的流场结构及其引射性能进行了实验研究。研究结果表明:一、二次流交汇后在混合室前段形成了复杂的超声速流场结构。根据二次流在混合室入口流动状态的不同,可将超-超引射划分为非饱和超-超引射和饱和超-超引射两种工作状态;二次流在混合室入口处产生的激波提高了引射器的压力匹配性能;在给定的引射系数下,引射器的增压性能随二次流马赫数的增大而降低,而引射马赫数对引射器压力恢复性能的影响不大。     

高温叶片流热固耦合分析及多目标多学科设计优化

采用共轭换热分析方法,实现了C3X型高温叶片的流热固耦合分析,计算结果与实验数据的比较验证了数值方法的可靠性。结合自适应多目标差分进化算法、多目标概念的约束处理方法和三维叶栅自动参数化造型方法,自主开发了适用于高温叶片的自动多目标多学科优化设计平台。以C3X型叶片为参考叶片,选择总压恢复系数最大和叶片最高温度最低为目标进行优化设计。优化后获得了21个Pareto解。详细气热分析表明优化设计得到的叶片性能明显优于参考叶片,验证了所建立的高温叶片多学科设计平台的有效性。     

使用类别形状函数的多目标气动外形优化设计

在飞行器的气动外形优化设计中, 参数化方法和优化算法具有十分重要的作用, 对优化的计算时间设计空间的数学特性有着深刻的影响.类别形状函数(class and shape transformation, CST)方法是一种简洁高效的参数化方法, 但对于复杂曲面很难使用统一的CST方法进行拟合.文章首先介绍了CST方法的三维实现, 分析了其数学性质, 提出了分块CST参数化方法, 保留CST方法的特性, 实现了分块曲面之间的光滑连接.针对气动外形优化设计的复杂情况, 需要根据具体的飞行任务提出设计目标, 并处理不同目标的矛盾问题.其次采用Pareto策略自动寻找最优方案集, 并基于分块CST参数化方法遗传算法和气动力快速计算方法, 对类乘波翼身组合飞行器进行了优化设计, 并改变原有问题的设定条件优化得到了全新外形.研究结果表明分块CST方法参数少, 精度高, Pareto策略处理多目标准确有效, 是气动外形优化设计中非常有用的工具.      

球形发射换能器多目标优化设计

为了解决球形发射换能器多约束条件下的离散/连续变量混合型非线性多目标优化问题,基于等效电路理论,建立了球形换能器的电学-力学-声学耦合模型,以辐射声源级、输入电功率和质量为优化目标函数,材料属性参数、结构尺寸参数、工作频率范围和输入电压为设计变量,压电陶瓷电退极化极限、结构强度极限、功率容量等物理特性以及设计变量取值等为约束条件,构建了球形换能器多目标优化数学模型;利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了球形换能器多目标优化设计,获得Pareto前沿解集;并通过实验验证了优化结果的有效性。结果表明,采用多目标优化方法设计和制作的球形发射换能器样机,在满足辐射声源级要求的前提下,工作频率范围内输入功率降低了32.8%,质量减轻了27.4%。研究结果可为严苛条件限制下的发射换能器优化设计提供参考。     

大口径主镜轻量化结构参数的优化设计

针对空间遥感器中大口径主镜的轻量化结构设计引入了基于Kriging近似模型的多目标遗传优化方法,以2 m口径SiC主镜为例对其轻量化结构参数进行了优化设计。采用拉丁超立方法对优化参数进行试验设计,建立了Kriging模型,并用多目标遗传算法迭代求得了最优解。优化后得到了质量为243 kg的2 m口径SiC主镜,其面形精度达到了25.7 nm PV,4.7 nm RMS,轻量化率为84%。试验结果验证了此优化设计方法的可行性,为大口径主镜的轻量化结构参数优化设计提供了借鉴和参考。     

Ф210mm超薄超轻SiC反射镜多目标集成优化设计

为了提高轻小型碳化硅反射镜的面形精度并减轻其加工成本,针对某空间相机的Φ210mm SiC反射镜进行超轻量化设计.采用背部三点支撑并优化支撑点的位置,通过拓扑优化,得到反射镜背部需保留和可去除材料的分布情况.结合背部开放式、三角形孔的轻量化方案,确定反射镜轻量化结构的初始模型.应用多目标集成优化方法,建立以反射镜重量和X向自重工况面形为目标,Z向自重工况面形值为约束的优化模型,对该反射镜进行了优化设计.优化后反射镜的X向自重工况下RMS值仅为0.18nm,Z向自重工况下RMS值为2.38nm,重量仅为0.568kg,面密度达到16.9kg/m~2,X、Y、Z三向基频都在500Hz以上.本文设计的反射镜结构有良好的力学性能,本文优化设计方法是合理有效性.     

等压混合引射器设计与实验研究

 采用1维处理方法,建立了便于设计人员使用的等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法,并详细分析了等压混合引射器各主要参数对性能的影响。该分析方法基于气体焓的变化,因此可应用于各种引射气体与被引射气体。为了控制尺寸,还首次将多喷嘴引射方式与等压混合结合起来。实验结果验证了等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性以及多喷嘴引射方式应用于等压混合引射器的可行性。     

基于Pareto优化理论的多目标超椭梯度线圈设计

磁共振系统梯度线圈设计是一个多目标优化问题,在设计时需要综合考虑能耗、磁场能、线性度等设计要求.这些设计要求通常难以同时获得极小解,因此在设计梯度线圈时需要权衡线圈的各方面的设计需求.本文基于柱面可展性和流函数设计方法,结合Pareto优化方法实现了在超椭圆柱设计表面上梯度线圈的多目标设计.分别分析了磁场能、能耗目标对梯度线圈线性度、线圈构型的影响;并在Pareto解空间中分析各目标的相互变化关系,通过数值算例验证了该方法在超椭梯度线圈设计时的有效性与灵活性.优化结果显示,在满足线性度误差小于5%,能耗与磁场能分别小于用户设定值的设计约束下,梯度线圈的多目标设计存在多个局部优化解.该方法可以直观地比较相同目标函数值的情况下各单目标的具体表现,有利于实现不同的设计要求下梯度线圈的最终定型设计.     

多目标优化设计方法在翼型气动优化中的应用研究

本文将粘性流场分析与数值优化方法结合起来,由粘性流场分析得到升力、阻力等气动参数作为样本训练神经网络,并用训练好的神经网络来预测优化目标函数,分别采用了多日标遗传算法与多目标粒子群算法,对一种跨音速翼型的气动性能进行了多目标优化设计,并采用模糊偏好信息的多属性决策方法对多个优化解进行评价选优.算例研究表明,两种多目标优化算法都能得到有限多个多目标优化解,通过多属性决策方法评价选优的优化翼型气动性能有明显提高.     

紧凑高重复频率加速器的初级能源

介绍了一种输出脉冲峰值功率在GW量级,脉宽约6 ns,重复频率1~300 Hz可调的加速器的初级能源系统的设计与实验研究。它的初级能源由商用三相电源供能,利用硅堆整流,并通过固体开关及继电器等装置控制来实现对Tesla变压器初级线圈的重复谐振充电。实验表明该装置运行稳定,通过变压器升压之后可在120 W负载端得到300 kV的重复高电压脉冲。同时,该回路还利用了晶闸管拥有的自关断特性实现了能量的回收,提高了装置的能量利用率。     

热管喷射式空调系统中喷射器的研究

利用热管和喷射器复合所组成的空调系统是一种可利用太阳能和备类余热的无泵型新型空调系统。该系统利用喷射器代替压缩机,利用热管内的毛细芯实现工质循环。本文分析了喷射器的流动特性,采用一个简化的一维模型计算了喷射器的喷射系数。设计了一种专用的小型内置式喷射器,对一太阳能热管喷射式空调系统的制冷特性和性能系数进行了数值模拟。模拟计算表明,喷射器的结构和运行特性对热管喷射式制冷系统的性能有明显的影响。     

含水天然气喷射装置性能的数值模拟

本文针对天然气喷射装置在低压气带水情况下的运行特性进行了数值模拟,获得了超声速喷射装置在气液两相运行时装置的性能变化规律。计算结果表明:低压气流量随着水滴质量流量的增加而减小,引射比随着水滴质量流量的增大而减小;低压气流量随着水滴直径的增加而逐渐减小,但当水滴直径大于20μm时,低压气流量基本保持不变,引射比变化规律与低压气流量的变化规律基本一致。本文工作对天然气引射装置的设计和实际运行具有重要指导意义。     

二维超-超引射器混合室流场特性

搭建了二维超-超引射器实验系统,进行了二次喉道型式引射器启动特性和负载特性实验,获得了引射器混合室内流场纹影图,结果表明:超声速引射器临界启动状态下,混合室内存在反压引起的激波系;引射器完全启动状态下,主激波系可始于混合室后段,无需被完全吞入二次喉道内;二次流对引射器启动有助推效果,可使混合室内激波系后移;一次流对二次流有压缩作用,且一次流工作压力越高,压缩作用越强;一次流、二次流之间会形成明显的混合层,当一次流、二次流静压不匹配时,一次流喷管出口内端壁处将形成较强斜激波,其在固壁与混合层之间反射、交叉,并向下游延伸,会降低一次流引射性能。     

蒸汽喷射式制冷系统模型建立与仿真

对蒸汽喷射制冷工作过程中能量转化进行了深入分析,建立了制冷系统中的三个关键部件——喷射器、冷凝器及蒸发器的热力学模型.以此为基础,结合运行参数,采用Matlab软件,对喷射系数、蒸汽消耗量以及循环水耗量进行仿真计算.探讨了以喷射系数为评定标准时,工作蒸汽压力Pg、冷凝温度Tc、蒸发温度Te对系统性能的影响.分析结果表明...     

太阳能两级喷射式制冷系统性能的模拟及其分析

讨论了一种新型的太阳能制冷系统——带回热器的太阳能两级喷射式制冷系统。该系统最大的特点是将两个喷射器串联在一起,以提高整个太阳能制冷系统的性能系数。分别采用R134a、R152a、R245ca和R227ea为制冷工质下系统性能系数COP随两级间总压比分配度不同的变化关系。这四种制冷剂的两级压缩比的变化对总喷射系数的影响各有不同,并提出了气体喷射器的总压缩比1.2—2.8之间两级压缩比的不均匀分配原则。     

喉部面积比对喷射器性能的影响分析

利用真实气体的二维轴对称,模型对喷射式空调系统的喷射器进行CFD计算,为了研究喷射器的喉部面积比对喷射器性能的影响.在计算工况条件下,存在一最优的喉部面积比AR*(5.76),使得此时的喷射系数和系统COP最大.当AR AR*时,喷射器出现倒流现象,而且随着A...     

压缩/喷射制冷循环中喷射器引射室的最优压降

建立了蒸气压缩/喷射制冷循环稳定运行时两相喷射器的热力学模型,以常压沸点相差较大的制冷剂为工质,比较了两相喷射器引射室压降最优范围的差异,并在同一工况下,研究了不同工质压缩/喷射制冷循环的性能。结果表明:喷射器引射室压降存在最佳范围使压缩/喷射制冷循环性能接近最优值;在相同工况下不同制冷工质这个最佳范围不相同;在同一工况下,当采用压缩/喷射制冷循环时,不同工质的循环性能系数和单位容积制冷能力相比基本循环均增强了。研究结果为压缩/喷射制冷循环制冷工质的选择及两相喷射器结构的优化设计提供理论参考。