近空间高超声速飞行器防热隔热与热力耦合研究进展

概述近空间的战略价值与世界主要国家在近空间高超声速飞行器研制方面的竞争, 高超声速飞行器热防护系统及其基础科学问题, 包括防热隔热技术原理与热力耦合问题的研究进展.     

近空间高超声速飞行器气动特性研究的若干关键问题

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.     

近空间高超声速飞行器气动特性研究的若干关键问题

在30$\sim$70km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.      

高超声速飞行器控制研究综述

高超声速飞行器控制研究主要讨论吸气式高超声速飞行器巡航控制问题和无动力高超声速飞行器返回再入控制问题.吸气式的高超声速飞行器主要针对于两种构型:锥体加速器构型和X-30构型,无动力高超声速飞行器主要考虑X-33和X-38构型.分别对锥体加速器构型、X-30构型和再入模式的动力学模型和控制进行了综述,并指出了近来高超声速飞行器控制研究的热点问题.      

近空间飞行器中的重大力学问题专题序言

序言近空间(near spaoe)是指距地面(20～100)km的空域,包括了自然大气层中从对流层顶、平流层、中间层和热层的很小一部分.大致介于目前一般飞机的静升限和空间轨道飞行器的高度下限之间.由于其重要的开发应用价值而成为国际上非常热门的一个话题.     

“近空间飞行器的关键基础科学问题”重大研究计划2009年度学术交流会介绍

<正>2010年1月9～10日,"近空间飞行器的关键基础科学问题"重大研究计划2009年度学术交流会在北京市昌平区召开.参加会议的有该重大研究计划学术指导专家组、秘书组和管理工作组的成员,项目负责人和部分项目组成员,共计150余人.     

高超声速稀薄流曲形槽道ABLE翼型气动特性分析

将曲形槽道人工钝头(Artificial Blunted Leading Edge,ABLE)概念应用于对称菱形翼中,针对飞行器可能出现的高空稀薄流流域进行分析,旨在探究ABLE概念在近空间稀薄流流域内的适用情况.利用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,对比分析了攻角为0～10°下菱形翼与ABLE菱形翼的气动性能,并探讨...     

序

激波作为气体动力学最具特色的基本物理现象之一,表现出强间断与非线性的物理特征.激波能够在超/高超速气流内部诱导漩涡,生产复杂的气体物理过程;激波能够诱导热化学反应,构成了高温气体动力学和凝聚态爆轰动力学的学科基础;激波还能够压缩可燃气体和可燃气固两相物质实现其自点火,形成能够以超声速自持传播的燃烧激波|{爆轰波.激波与爆轰物理的相关研究已经有一百多年的历史了,在各种爆炸现象的预防与弱化及其应用与防护方面;在天体物理领域的超新星和恒星的演化乃至宇宙大爆炸理论探索方面;在现代武器技术和医疗技术领域的应用方面发挥了日益重要的作用.特别是近十几年来,随着高超声速和空天飞行器研制的进展,激波与爆轰研究在近空间飞行器的气动布局,先进高超声速推进技术,高焓气体流动的气动力/热问题研究方面得到了广泛的重视和深入的探索.      

空间飞网两种动力学模型的比较研究

空间飞网由轻质绳索编织, 通过抛撒展开形成一定构型的网, 在空间在轨服 务、飞行器回收、轨道清理、空间拦截等领域具有巨大的应用潜力. 采用非线性有限元 软件ABAQUS建立柔性模型与松弛飞网模型, 对两种飞网模型的抛撒展开进行了对比, 提出了 飞网展开效果的衡量标准, 重点讨论了不同工况下牵引质量块质量、抛射角度、抛射速度和 绳索等效阻尼的影响. 仿真表明, 松弛模型的展开效果优于柔性模型; 牵引质量块质量、抛 射速度与绳索结构阻尼主要决定飞网的展开, 抛射角度是影响飞网在预定位置展开面积的关 键因素.     

小型飞行器空气动力学

对小型飞行器设计中涉及的空 气动力学问题进行了综述.描述了雷诺数和展弦比对固定翼飞行器的设计以及飞行 性能的影响.在低雷诺数飞行范围,翼型上边界层的特性对飞行器的设计尤为关键. 本文讨论了大量有关层流边界层(包括层流分离泡影响)的实验,作为例子,列举了几 个此飞行雷诺数范围的小型低空无人驾驶飞行器(UAVs).此外,对扑动翼推进的理论 模型进行了简述;其范围涵盖了早期的准定常附着流模型,以及后来计及非定常尾涡、 流动分离以及气动弹性等效应的模型.文中还介绍了那些与理论互补并最终导致扑 翼机设计成功的实验.     

超声波断口图

高速进行中的破有坏,受到横波超声波作用时,在破断面上形成 Wallner线.由 Wallner 线的间隔可求得破坏速度,本文概要介绍了用超声波断口图测定破坏速度的原理及实验方法。并给出了某些应用实例。     

Hydraulic fracturing of a saturated porous medium-I: General theory

This investigation deals with the problem of steady state hydraulic fracture in an infinite isotropic fluid-saturated elastic porous medium induced by a uniform pressure applied to the crack surfaces. A quasi-static approach is employed in the study. A boundary value problem is formulated and then analyzed by means of the Fourier transform associated with the Wiener-Hopf technique. Stress intensity factor and potential energy release rate are found by asymptotic analysis and the superposition principle as functions of the speed of crack propagation. The material breakdown process at the crack tip is discussed based on Dugdale's model. Finally, a brief discussion of the effect of pressure drop on the hydraulic fracture process and the decrease in crack speed during crack extension is included.     

Hydraulic fracturing of a saturated porous medium-II: Special cases

This investigation deals with the problem of steady state hydraulic fracture in an infinite isotropic fluid-saturated elastic porous medium induced by a uniform pressure applied to the crack surfaces. A quasi-static approach is employed in the study. A boundary value problem is formulated and then analyzed by means of the Fourier transform associated with the Wiener-Hopf technique. Stress intensity factor and potential energy release rate are found by asymptotic analysis and the superposition principle as functions of the speed of crack propagation. The material breakdown process at the crack tip is discussed based on Dugdale's model. Finally, a brief discussion of the effect of pressure drop on the hydraulic fracture process and the decrease in crack speed during crack extension is included.     

材料物性参数识别的梯度正则化方法

本文对梯度正则化方法（Ｇｒａｄｉｅｎｔ－Ｒｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）作了进一步的研究,给出一种建立了梯度正则化迭代算法和选择正参数的简明实用方法。文中椭圆算子方程参数识别算例不仅说明了ＧＲ法具有广泛的适应性和一定的抗噪声能力,而且收敛速度较快,具有较大的收敛范围。     

近40年光力学进展的回顾

近40年来,由于激光的出现,使光力学测试的理论和技术有了快速的发展,测试技术丰富多彩。特别是数字图像处理硬件和软件的飞速发展,使光力学方法成为了常规的技术,在基础研究的探索和解决工程实际问题中,都发挥了重要的作用。本文对该阶段的主要进展,做一个简要的回顾。上世纪60年代激光的问世推动了光测实验力学的发展;70～80年代光测方法的发展着重于信息获得方面;90年代以后,数字图像处理技术的迅速发展,在信息提取的能力方面有了质的变化。如今,光测实验力学不仅灵敏度大大提高,而且已发展为常规的测试手段和现场测试技术。     

海洋减阻技术的研究现状

船舶、舰艇、鱼雷等海中航行体在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用.海中航行体的运行速度和能量消耗率是评价其性能的重要指标.利用减阻技术降低航行体在海水中的行驶阻力具有重要意义.按减阻机理对现今重要的海洋减阻技术进行分类和总结,并详细介绍其研究现状和减阻机理,主要包括仿生减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水涂层减阻.通过对现有海洋减阻技术的总结和分析,展望了其今后的研究重点.     

Production of oscillatory flow in wind tunnels

A method for producing oscillatory flow in open-circuit wind tunnels driven by centrifugal fans is described. Performance characteristics of a new device installed on two such tunnels of greatly differing size are presented. It is shown that sinusoidal variations of the working section flow, having peak-to-peak amplitudes up to at least 30% of the mean flow speed and frequencies up to, typically, that corresponding to the acoustic quarter-wave-length frequency determined by the tunnel size, can be obtained with negligible harmonic distortion or acoustic noise difficulties. A brief review of the various methods that have been used previously is included and the advantages and disadvantages of these different techniques are highlighted. The present technique seems to represent a significant improvement over many of them.     

Engine Modelling for Control Applications: A Critical Survey

In earlier work published by the author and co-authors, a dynamic enginemodel called a Mean Value Engine Model (MVEM) was developed. This model isphysically based and is intended mainly for control applications. In itsnewer form, it is easy to fit to many different engines and requires littleengine data for this purpose. It is especially well suited to embedded modelapplications in engine controllers, such as nonlinear observer basedair/fuel ratio and advanced idle speed control. After a brief review of thismodel, it will be compared with other similar models which can be found inthe literature. The attempt will be made to point out the differencesbetween the new modified MVEM and those developed elsewhere. In particular,the questions of fitting simplicity and general applicability are to betreated.