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1.
吸气式高超声速飞行器动力学建模研究进展   总被引:4,自引:0,他引:4  
唐硕  祝强军 《力学进展》2011,41(2):187-200
高超声速飞行以及飞行器机身/超燃冲压发动机一体化设计的典型特点导致吸气式高超声速飞行器具有不同于常规飞行器的飞行动力学特性,而飞行器总体设计和控制系统设计都必须考虑这些新动力学特性的影响,因此为吸气式高超声速飞行器建立能够包含这些新特性的飞行动力学模型非常重要.本文对吸气式高超声速飞行器动力学建模的相关研究进行了总结: 首先,简略地回顾了从超燃冲压发动机研究到飞行器系统研究发展历程; 其次,详细阐述了宽飞行包线、高超声速效应、超燃冲压发动机约束、气动/推进耦合和气动弹性效应等吸气式高超声速飞行器的新动力学特性;然后,讨论了在选择坐标系、抽象飞行器外形、建立弹性机身模型、建立空气动力模型、建立超燃冲压发动机系统模型以及推导运动方程等每个具体步骤中需要考虑的问题和可用的方法;最后,评述了现有吸气式高超声速飞行器动力学模型,并指明了未来发展方向.   相似文献   

2.
高超声速飞行器动力系统研究进展   总被引:20,自引:0,他引:20  
简要介绍了高超声速飞行器动力系统的概况.第2部分介绍了超燃冲压发动机、爆震发动机和组合循环发动机等典型高超声速吸气式发动机的基本工作原理与系统组成,描述了各自的特点.第3部分阐述了高超声速飞行器动力系统存在的难点问题,并列出了在总体设计、进气道、燃烧室、尾喷管、热防护、轻质结构、燃油供应与控制等方面的关键技术.第4部分回顾了上述几种典型发动机的发展历程,比较全面地介绍了世界主要航空、航天大国在动力系统关键技术攻关与系统研制方面的主要研究计划和取得的主要进展,总结了经验教训, 指出了发展趋势.第5部分阐述了高超声速飞行器动力系统中的燃烧过程及其燃烧基本问题,介绍了主要研究进展.   相似文献   

3.
关于吸气式高超声速推进技术研究的思考   总被引:5,自引:0,他引:5  
姜宗林 《力学进展》2009,39(4):398-405
回顾了吸气式高超声速推进技术的研究进展, 分析了超燃冲压发动机研制面临的关键科学问题, 并从不同角度探讨了增大超燃冲压发动机推力的可能方法.这些方法包括: 能够降低总压损失的高超声速来流压缩方法、生成三维涡流的超声速混合增强技术、碳氢燃料的预热喷射、可以控制燃烧过程的燃烧室设计优化方法、通过减小发动机流道湿面积来降低摩擦阻力和催化复合解离的燃气降低高温气体效应.考虑到等压热力学循环的热效率,还建议研究在高超声速推进系统中应用热效率高的爆轰过程, 并探讨了爆轰推进方法研究的进展与问题.吸气式高超声速推进技术是高超声速飞行器发展的关键技术, 认真思考和探索其发展方向是非常必要的.   相似文献   

4.
为提升高超声速飞行器的射程和飞行性能,提出一种基于气动力与火箭发动机推力混合控制的轨迹优化设计方法。针对高超声速飞行器再入阶段的混合控制轨迹优化问题,提出求解多段不同特征轨迹的分段高斯伪谱法,将多段最优控制问题转化为非线性规划问题。采用SQP算法对其进行求解,获取以最大射程为性能指标的飞行器轨迹优化方法,并以此研究火箭发动机在有限燃料、适当启动条件下单次和多次启动对飞行轨迹的影响。数值仿真结果表明,分段高斯伪谱法可较快速求解出火箭动力助飞高超声速飞行器最优轨迹,发动机单次启动和多次启动方案能够在不同方面改善飞行器性能。  相似文献   

5.
高超声速技术项目“Hyper-X” 不仅实现了在大气中的高超声速飞行, 验证了超声速燃烧与一体化设计的核心原理, 而且促进了世界范围高超声速技术的持续发展. 分析了Hyper-X 在高超声速基础技术和应用技术领域的研究过程, 特别是理论计算、地面试验和飞行试验相结合系统解决所面临的主要空气动力学问题的研究特色, 尝试在气动研究方法学上归纳整理Hyper-X 研究思路和方法, 指出所具有的分解与集成、递进与过渡、知识与准则、验证与确认等方法学精髓. 还介绍了该方法学在解决吸气式高超声速飞行器主要气动问题方面的一些应用.  相似文献   

6.
边界层转捩会使高超声速飞行器壁面摩阻和热流显著增加,因此在高超声速飞行器设计过程中往往占据重要地位.针对高超声速飞行器多模态转捩控制问题,提出了微槽道(1 mm)与边界层吸气的组合控制方法,并通过直接数值模拟和线性稳定性理论研究了Ma=4.5平板边界层的稳定性及组合控制效果.边界层在无控状态时,同时存在失稳的第一、二模态波,且二维第二模态波最不稳定;单纯施加微槽道控制时,边界层第二模态波会被抑制但第一模态波会被略微激发.对比而言,采用“微槽-吸气”组合控制后,不仅增强了对第二模态波的抑制效果,而且减弱了第一模态波的激发程度;同时随着吸气强度的增加,第二模态波不稳定区域明显收缩、频率显著增高,而第一模态波则变化不明显.相较于单纯的微槽道,吸气增强了“微槽吸收”与“声波散射”作用,因此中等吸气强度下该组合控制方法对第一和第二模态波的增长率分别实现了12.63%和28.02%的抑制效果.以上结果表明“微槽-吸气”组合控制手段具有适用宽频、布置区域灵活的优点,展现出了一定的多模态控制效果.  相似文献   

7.
轻质多孔材料研究进展   总被引:8,自引:0,他引:8  
高超声速武器是军事装备的发展方向,在未来战争中起着重要作用.轻质材料是高超声速飞行器设计与制造的关键技术之一,它是实现高超声速飞行器高超声速、高机动性、远程打击等性能的基础和保障.高超声速飞行器轻质材料主要有蜂窝材料、泡沫金属材料、点阵材料.这些材料具有超轻、高比强、高比刚度、高强韧、高能量吸收等优良机械性能,以及减震、散热、吸声、电磁屏蔽等特殊性质,它兼具功能和结构双重作用,是一种性能优异的多功能材料.本文从材料制备、结构设计、力学与物理性能表征等方面综述了高超声速飞行器轻质材料的研究与应用现状,比较了三种轻质材料的机械和物理性能,重点评述了新型点阵材料的制备工艺、结构构型、力学及其他性能,指出了其发展趋势.  相似文献   

8.
发展更高性能的吸气式高超动力成为未来高超声速飞行器研制的重中之重。现有基于煤油燃料的超燃冲压发动机,主要以爆燃模式组织燃烧,在高来流马赫数(Ma≥8)条件下,将面临高来流总温带来的高温离解和化学非平衡效应所带来燃料的能量难以充分释放和利用的难题,相比之下,斜爆震组织燃烧更接近于等容燃烧,具有燃烧释热速率快、热循环效率高等优势,是一种可应用于高马赫数吸气式动力的理想燃烧模式。斜爆震发动机能够显著缩短燃烧室长度,减少释热面积,是高马赫数飞行器极具潜力的吸气式动力方案。其中,斜爆震发动机内流道各部件的匹配设计、燃料喷注-混合、斜爆震波的起爆与驻定等是斜爆震发动机研制的关键技术,是当前高超声速领域的研究热点。但由于其面临的高速、高总温总压的来流条件以及爆震波在流场中的强间断与高速传播特性等,现有试验与数值模拟研究手段难以开展精细的燃烧流动机制研究,进而限制了相关控制机理的揭示与高精度模型的建立,使得斜爆震发动机工程研制较为困难,当前研究仍存在许多值得探讨的地方,文章在综述的同时对下一步研究提出相关建议。  相似文献   

9.
在30~70 km空域机动飞行的高超声速飞行器的优点是可以耦合利用所处空域的空气产生的升力和高速飞行的离心力进行远距离机动滑翔飞行,具有重要的实用价值.尽管过去数十年在高超声速流动研究方面取得显著进展,但在设计研究近空间远程滑翔的高超声速飞行器方面仍然存在许多挑战,特别是对特定飞行条件下的流动机理了解不清楚.本文介绍了作者研究团队在开展近空间高超声速飞行器有关的关键气动问题方面的研究进展,主要包括:建立了近空间高超声速飞行的流动模型,发展了系统的相关计算空气动力学方法,针对高空高速飞行条件下稀薄气体效应和真实气体效应的耦合作用影响研究了合适的滑移边界条件,考虑了不同组分存在条件下的温度、速度和压力的滑移效应影响;提出了飞行器气动外形的动态优化方法,获得了可工程实用化的高升阻比飞行器气动外形;建立了高速飞行器动稳定性理论,在实现高超声速飞行器动态稳定飞行方面取得重大进展;最后讨论了高超声速飞行器设计中进一步需要关注的若干关键技术和科学问题、可能解决的途径及其所涉及的学科发展方向.  相似文献   

10.
高超声速飞行器采用乘波构形后,将对其模型研究带来新挑战,主要体现在建模过程中应充分考虑气动、推进与控制作用相互耦合,因此为了保证建模的准确性,有必要引入新方法来研究高超声速飞行器的模型.本文基于高超声速空气动力学理论,提出了一种高超声速飞行器纵向模型研究的新方法,该方法采用斜激波理论、普朗特-迈耶关系式及瑞利流原理来估...  相似文献   

11.
R. C. Mehta 《Shock Waves》2006,15(1):31-41
The flow fields over ARD (ESA's atmospheric reentry demonstrator), OREX (orbital reentry experiments) and spherically blunted cone-flare reentry configurations are numerically obtained by solving time-dependent, axisymmetric, compressible Navier–Stokes equations for freestream Mach numbers range of 1.2–6.0. The fluid dynamics are discretized in spatial coordinates employing a finite volume approach which reduces the governing equations to semi discretized ordinary differential equations. Temporal integration is performed using the multistage Runge–Kutta time-stepping scheme. A local time step is used to achieve steady-state solution. The numerical simulation is carried out on a structured grid. The flow-field features around the reentry capsule, such as bow shock wave, sonic line, expansion fan and recirculating flow in the base region are obtained. A good agreement is found between the calculated value of aerodynamic drag coefficient of the spherically blunted cone/fare reentry configuration with the experimental data. The effects of geometrical parameters, such as radius of the spherical cap, half cone angle, with sharp shoulder edge and with smooth shoulder edge on the flow-field have been numerically investigated for various reentry configuration which will be useful for optimization of the reentry capsule. PACS 47.11.Df, 47.40.Ki  相似文献   

12.
徐国武  张莽  陈冰雁 《力学季刊》2015,36(4):671-677
临近空间飞行器存在多种不同的布局形式,而针对不同气动布局概念之间的系统研究则相对缺乏.采用数值模拟方法,对临近空间飞行器三类典型气动布局概念--扁平升力体、翼身融合体和翼身组合体开展系统的计算与分析,通过对比不同布局的升阻特性、静稳定特性、舵效特性等,获得不同布局概念气动性能优劣的初步评估.结果表明:扁平升力体的升力和阻力比较大,升阻比最低,容积率则最大,侧向稳定性最好;翼身组合体的升力和阻力比较小,升阻比最高,容积率比较低,侧向静稳定性较差;翼身融合体布局的特性介于翼身组合体和扁平升力体布局之间.  相似文献   

13.
Experimental investigation of ram accelerator propulsion modes   总被引:1,自引:0,他引:1  
Experimental investigations on the propulsive modes of the ram accelerator are reviewed in this paper. The ram accelerator is a ramjet-in-tube projectile accelerator whose principle of operation is similar to that of a supersonic air-breathing ramjet. The projectile resembles the centerbody of a ramjet and travels through a stationary tube filled with a premixed gaseous fuel and oxidizer mixture. The combustion process travels with the projectile, generating a pressure distribution which produces forward thrust on the projectile. Several modes of ram accelerator operation are possible which are distinguished by their operating velocity range and the manner in which the combustion process is initiated and stabilized. Propulsive cycles utilizing subsonic, thermally choked combustion theoretically allow projectiles to be accelerated to the Chapman-Jouguet(C-J) detonation speed of a gaseous propellant mixture. In the superdetonative velocity range, the projectile is accelerated while always traveling faster than the C-J speed, and in the transdetonative regime (85–115 % of C-J speed) the projectile makes a smooth transition from a subdetonative to a superdetonative propulsive mode. This paper examines operation in these three regimes of flow using methane and ethylene based propellant mixtures in a 16 m long, 38 mm bore ram accelerator using 45–90 g projectiles at velocities up to 2500 m/s.This article was processed using Springer-Verlag TEX Shock Waves macro package 1990.  相似文献   

14.
励轲  陈立群 《力学与实践》2015,37(6):683-685,697
用能量方法研究了跳跃振子的平衡与分岔.用势能驻值条件确定了平衡位置所满足的方程,通过势能极值判断平衡的稳定性.在不同的弹簧构型下,数值计算了平衡随系统弹性刚度和质量比变化的分岔图.结果表明,弹性刚度和质量比较小时,系统只有一个稳定平衡点和一个不稳定平衡点;刚度和质量比充分大时,系统分岔出一个新的稳定平衡点和一个新的不稳定平衡点.  相似文献   

15.
The paper reports on numerical and experimental investigations of electromagnetically driven vortical flows of an electrically conductive fluid in a generic setup. Two different configurations of permanent magnets are considered: a 3-magnet configuration in which the resulting Lorentz force is focused in the wall-boundary layers, and a 2-magnet configuration which creates a centrally located intensive swirling motion. For both configurations the intensity of the Lorentz force could be varied by variation of the electrode DC current between 0.5 and 10 A.A comparative assessment of measured (PIV) and numerically calculated (LES with electromagnetically extended subgrid closure) velocity fields showed good agreement for both configurations. It is demonstrated that the newly designed setup can be used for fundamental studies of the interactions between fluid flow, turbulence and electromagnetic fields and provide detailed insights into the underlying physics of these interactions. This in turn can be used to optimise magnetic control of flow, turbulence and heat transfer in various configurations of practical relevance.  相似文献   

16.
周伟兵  郝育新 《力学季刊》2021,42(4):718-730
双稳态层合板作为一种柔性可变体结构,为实现振动状态下的构型调控,将对其开展固有振动特性的研究.本文以四角点简支约束的矩形非对称铺设双稳态板作为研究对象,运用最小势能原理、一阶剪切变形理论、以及冯卡门几何非线性位移应变关系,得到双稳态板的两种稳态构型.首次给出了适合于四点简支的6参数构型函数与17参数构型函数,研究对比发现对于稳态构型采用17参数的构型函数结果相对更精确;对于应用线性位移应变关系的基于任一稳态构型下振动固有特性而言,这两种构型函数得到的结果基频相差2%,其它阶次频率相差也不大.随后采用6参数构型函数得到的稳态构型研究了几何尺寸、铺层数分别对两种稳态构型固有振动特性的影响.本研究对于进一步研究该类结构动态跳变机理具有重要意义.  相似文献   

17.
An experimental investigation is conducted to bring out the effects of coolant injector configuration on film cooling effectiveness, film cooled length and film uniformity associated with gaseous and liquid coolants. A series of measurements are performed using hot air as the core gas and gaseous nitrogen and water as the film coolants in a cylindrical test section simulating a thrust chamber. Straight and compound angle injection at two different configurations of 30°–10° and 45°–10° are investigated for the gaseous coolant. Tangential injection at 30° and compound angle injection at 30°–10° are examined for the liquid coolant. The analysis is based on measurements of the film-cooling effectiveness and film uniformity downstream of the injection location at different blowing ratios. Measured results showed that compound angle configuration leads to lower far-field effectiveness and shorter film length compared to tangential injection in the case of liquid film cooling. For similar injector configurations, effectiveness along the stream wise direction showed flat characteristics initially for the liquid coolant, while it was continuously dropping for the gaseous coolant. For liquid coolant, deviations in temperature around the circumference are very low near the injection point, but increases to higher values for regions away from the coolant injection locations. The study brings out the existance of an optimum gaseous film coolant injector configuration for which the effectiveness is maximum.  相似文献   

18.
Drag and lift reduction of a 3D bluff body using flaps   总被引:2,自引:0,他引:2  
We present an experimental study on flow control over a classic 3D bluff-body used in automotive aerodynamics (Ahmed 1983). Flow control is achieved through moving flaps fixed on every edge around the two rear flat surfaces of the model. Different pairs of flaps, with variable angle compared to the walls, are tested. Parametric studies show that the most efficient configuration for the flaps is along the side edges of the rear slant, i.e. in the region where longitudinal vortices are created, and also at the junction between the roof and the rear slant, where the flow separates. We also explore the combinations of different flap configurations. We find interesting results showing cumulative effects between some configurations leading to −25% drag reduction and −105% lift reduction. Finally, particle image velocimetry measurements show that one of the key effects is the control of the longitudinal vortices created at the side edges of the rear slant.  相似文献   

19.
It was observed, by a photoelastic investigation of the stress distribution around slender notches having arbitrary configurations, that the symmetricantisymmetric and asymmetric nature of the configuration rather than the overall geometry controls the stress distribution around the notch tip. Since the peak stresses are found to be on the conservative side for symmetric configurations, it is suggested that the available theoretical expressions for the stress-intensity factor of an equivalent circular-arc crack be utilized for further work on crack-propagation studies.  相似文献   

20.
不同当量比下喷管对旋转爆震特性的影响研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
王顺利  吴云  金迪  郭善广  钟也磐  杨兴魁 《爆炸与冲击》2020,40(10):102102-1-102102-11

为研究不同当量比下喷管构型对旋转爆震特性的影响,以煤油预燃裂解气为燃料,氧气体积分数为30%的富氧空气为氧化剂,开展了无喷管、收敛喷管、扩张喷管和收敛扩张喷管等工况下旋转爆震特性实验研究。实验发现,当量比为0.73~1.30时旋转爆震可稳定工作。随着当量比和喷管构型的变化,爆震波出现了单波、不稳定的对撞双波和稳定的对撞双波等3种传播模态。喷管构型对模态转换和旋转爆震波速有重要影响,收敛和收敛扩张喷管会促使新波头的产生,导致爆震波主要以双波对撞模态传播;而扩张喷管工况下,爆震波主要以单波模态传播。收敛喷管和收敛扩张喷管会使得波速最大值偏离化学恰当比,收敛扩张喷管可以提升爆震波速。

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