CFD/CSD耦合飞行器多学科优化设计新方法

文章以飞行器巡航外形为设计对象, 构建了一种新的飞行器的气动和结构特性评估方法, 即结构模型反迭代方法.该方法较传统的松耦合静气动弹性方法效率提高了4倍以上.以此为基础建立了一种新的飞行器气动/结构耦合多学科优化设计框架, 将优化效率提高4倍以上.采用数值求解N-S方程和结构有限元方程方法作为气动和结构学科的分析工具, 保证了设计结果的可信性.算例表明以巡航外形作为设计对象能够获得与传统方法一致的飞行器气动与结构特性, 以此为基础开展的无人机气动外形优化设计也获得了良好的设计结果.      

应用有限差分进行涡轮气热弹耦合计算关键性问题的研究

分析了涡轮发动机涡轮内的气热弹耦合现象,并讨论了气热弹耦合研究方向及基本步骤,为了采用有限差分进行涡轮气热弹耦合数值仿真,详细地讨论了该方法的关键性问题:模型方程、边界条件、差分格式、结构化网格块群、固体应力场的求解以及数值仿真平台的建立.最后通过几个简单的算例初步验证了该方法的可行性和可靠性.     

高速动能弹温度场数值模拟

随着兵器发射技术和空气动力学技术的发展,动能弹的发射初速和飞行状态正从超声速向高超声速发展,由此产生了气动热问题.准确预测动能弹温度场是其气动力和热防护设计的关键技术.采用CFD预测温度场的方法,包括平衡流流动控制方程及差分格式,构造平衡流通量Jacob矩阵,在差分格式矢通量分裂过程中嵌入平衡流真实气体模型模拟温度场,获得平衡流气体状态方程.对典型高速动能弹热环境进行验证,考察方法的合理性.对设计的一种新型高超声速动能弹温度场进行数值模拟,为其气动设计及热防护提供了较可靠的数据.     

高超声速飞行器热气动弹性仿真计算方法综述

高超声速飞行器遭遇的热气动弹性问题具有危险性和复杂性,而型号设计又对计算环境下的热气动弹性仿真提出了效率和精度的双重要求.针对此问题,首先回顾了热气动弹性分析中气动力、气动热、结构热传导、热结构动力学等子学科的仿真计算方法,包括工程方法、数值模拟及降阶建模方法.其中,降阶建模方法有望解决目前计算效率和精度的矛盾,是调研的重点.之后,从时空耦合的角度总结了热气动弹性分析的多场耦合计算架构,包括单向、双向空间耦合策略,以及全耦合、松耦合、时域-频域耦合等时间耦合策略.在结论中,提出了基于子学科降阶模型进行多场耦合仿真的思路,并对热气动弹性分析的发展趋势进行了展望.      

CFD在双吸式离心泵优化设计中的应用

针对某双吸式离心泵流量和扬程达不到设计要求,效率偏低的情况,对该泵内部三维湍流进行了数值模拟,通过对泵内流场和总压变化过程的分析,找出了该泵达不到设计要求的原因,提出了切割叶轮进口以扩大进口面积的改进方案.对改进后的泵内部流场进行了数值模拟,并与改进前泵内流场数值计算结果进行对比,性能预测表明改进后的泵基本达到了设计要求.在此基础上,对改进后的泵进行了实验测试,结果表明上述改进措施是有效的,数值模拟方法为水泵的优化设计提供了有力工具.     

CFD技术在板翅式换热器设计中的应用

回顾了计算流体动力学 ( CFD)几年来的发展现状 ,并且介绍了计算流体动力学 ( CFD)技术应用的领域、CFD软件的一般结构以及各种商业软件的特点 ,同时阐明了 CFD技术在板翅式换热器设计应用方面的优越性 ,并指出了我国在 CFD技术研究领域与国际先进水平的差距及进一步开展 CFD研究的方向     

压电材料双曲壳热弹耦合作用下的混沌运动

运用弹性力学有限变形基本理论推导出了压电材料双曲壳在外激力和温度场作用下的非线性振动方程和协调方程.通过Bubnov-Galerkin原理,得到该结构的非线性动力学方程.利用Melnikov方法,得到系统产生Smale马蹄变换意义下混沌的条件,用四阶Runge-Kutta法编写程序对系统进行数值求解,并绘制出相应的分岔图、Lyapunov指数图、相轨迹图以及Poincaré截面图,分析了温度场对压电材料双曲壳系统的非线性特性的影响.仿真结果表明,随着温度的升高,系统的混沌与周期区交替出现,温度场的改变可影响和控制系统的振动特性.     

高速动光弹系统及其应用

高速动光弹仪是动态光弹性研究的有效诊断工具,主要用于记录各种结构在动载荷作用下,不同瞬间的应力条纹图像。研究应力波的传播规律,裂纹扩展过程,固体高速变形等。通常的动光弹仪为多火花式动光弹仪。国外也有采用静态光弹仪与转镜式高速分幅相机结合的系统。我们研究调试的动光弹系统,是在高速纹影系统中加入偏振光场,即静态光弹系统、纹影系统与转镜式高速分幅相机结合。在雷管动载荷作用下,应用高压脉冲氙灯光源,单色圆偏振光亮场,获得了不同光弹模型的清晰应力条纹图像。给出应力波的传播过程和孔附近产生的应力集中现象。该系统具有摄影频率高、曝光时间短、测试灵敏度高、适于强载荷、远距离研究大尺寸光弹模型,同时具有透射式和反射式光学系统等特点。从而为动态光。弹性研究提供了有效的测试技术和诊断系统。     

氧弹燃烧技术应用研究进展

系统总结了氧弹燃烧技术在热值测定、样品前处理及材料合成中应用与研究进展,提出了氧弹燃烧技术在无机材料合成中应用前景.     

强阻尼非线性热弹耦合杆系统的全局吸引子

本文主要以算子半群理论为依据,证明了一类强阻尼非线性热弹耦合杆方程组在初边值条件下,全局吸引子的存在性,并且对吸引子维数做了估计. 关键词： 热弹耦合杆系统 强阻尼 非线性 全局吸引子     

基于数值模拟的飞行员高速气流吹袭损伤分析

研究飞行员高速气流吹袭的损伤机理,应用尺度适应模型对人椅系统外流场进行数值模拟.在马赫数为0.6,迎角为-90°~90°条件下的数值计算结果与风洞试验结果吻合较好.对不同马赫数、不同迎角的无防护状态下的人椅系统进行数值模拟,研究发现高速气流吹袭下飞行员面颈部、胸腹部、上臂内侧、小腿迎风侧压力较大;增大人椅系统的迎角可以改善飞行员身体各部分的受力情况.     

基于CFD/CSD的舵面控制气动弹性数值模拟方法

在动态网格上通过耦合求解流动控制方程和结构动力学方程, 发展了一种舵面控制下飞行器运动响应过程中气动弹性数值模拟研究方法.流动控制方程采用N-S方程, 结构动力学采用线性模态叠加方法, 其中流动控制方程空间离散采用基于非结构网格的有限体积方法, 对流通量采用计算HLLC格式, 非定常时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法.模拟中, 气动运动和结构变形在双时间步长方法推进过程中采用改进松耦合方法, 气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法实现, 飞行器的运动和变形采用基于重叠网格和Delaunay图映射变形网格相结合的方法进行处理.采用多个考核算例对发展的数值方法进行考核验证, 结果表明该方法可以高效精确模拟舵面开环控制下飞行器运动响应过程中的气动弹性特性.      

突起物及其干扰区热环境影响范围分析

针对升力体外形飞行器局部构件干扰流动及热环境影响,采用理论分析、数值模拟、工程半经验模型及实验数据分析相结合,研究高速流动条件下平板表面突起物干扰区气动加热影响.对比分析不同外形特征下突起物对流场结构的影响表明:干扰区热环境分布与流动结构直接相关,压力比拟方法可在局部区域可靠预测热流分布;高台类突起物干扰区范围和热环境敏感依赖于其有效宽度,而低台类突起物干扰区范围和热环境则主要依赖于高度变化;方形头构件与圆形头构件对称面干扰区范围相差1.414倍(湍流/层流均成立);后掠角存在对干扰区范围影响显著,给出后掠角对干扰区的影响关系式.研究结果可方便地用于飞行器热环境预测中,为其提供技术支撑.     

水陆两栖飞机静水面高速滑行性能数值计算与试验分析

针对水陆两栖飞机静水面高速滑行过程的运动响应大、流场强非线性等问题，提出了一种基于传统动网格技术的"状态预估——精确计算"的数值模拟方法:通过求解Reynolds平均N-S方程结合运动方程来模拟飞机静水面滑行时的流场特征和运动特性，数值模拟方法为隐式有限体积法，湍流模型采用k-ω（SST Menter）结合壁函数进行处理，自由液面捕捉采用VOF方法；数值计算时，首先采用粗网格对简化后的飞机在不同航速下的姿态和升沉进行快速预估，再将飞机置于预估状态下进行精确网格划分，最后进行精确数值计算分析.为了验证数值模拟结果的正确性，在物理水池中进行了静水拖曳试验，将数值计算结果与试验结果进行对比分析可得:数值计算与水池试验的流场特征吻合，且阻力、姿态和升沉的计算精度达到90%，验证了数值模拟方法的可行性.      

Molecular Dynamic Simulation of High Speed Deformation Effect on Microstructure Change in Thermal Heated Metals

In the present paper computer simulation of high-speed deformation (shock wave propagation) by molecular dynamic method is performed in thin copper sample, having the form of rectangular parallelepiped (10 a ‐ 10 a ‐ 20 a , where a is the lattice constant) with 8000 atoms. On the surfaces Z 0 =0 and Z max =20 a the mirror boundary conditions with rigid walls and the periodic boundary conditions along X and Y directions corresponding to short sides of deformed crystal are used, which allows to investigate the reflection of shock wave from the surfaces in Z direction. The changes of microstructure have been investigated up to 12 ps. The numerical calculations of microstructure changes have been performed here taking into account the effect of thermal heating of crystal lattice before shock wave front. The numerical results show that comparing with the propagation of shock waves under room temperature in thermal heated structure additional displaced atoms (vacancies and interstitials) are produced. The obtained results show that the production of point defects during high-speed deformation is determined by the thermal softening of microstructure and generation rate of point defects very strong increases with an increasing of high speed deformation rate. The peculiarities of microstructure changes in deformed copper are analyzed here at the different initial temperatures and various high-speed deformations (average ion velocities behind shock wave).     

恶劣环境下高速数据存储的研究与实现

针对强震动、强冲击等恶劣环境的要求,应用FLASH固态存储器,开发了一种基于单片机控制的接口简单、重量轻、体积小的大容量数据存储系统在机载CCD相机的高速图像数据存储设计中,得到了很好的应用.     

Speed of Gamma Rays Emitted by High Speed Particles

Experiments alleged to confirm the absolute speed of light by Sadeh, Fillipas and Fox, and those done at CERN on the emission of gamma rays by high speed particles are shown to be inconclusive. These experiments have been interpreted quantitatively on the basis of an “extinction” hypothesis formulated by J. G. Fox for which there is no experimental confirmation or denial. Rather than confirming the absolute speed of light, these null result experiments can also be regarded as merely showing the obliteration of the relative speed of light as it propagates through various media.     

高速紫外-可见分光光度计的研制

研制了一种采用线阵CCD的高速紫外-可见分光光度计。报道了该分光光度计的硬件结构、软件系统设计和初步的性能测试结果。初步测试结果：波长范围 200～820 nm,全谱扫描时间<0.1 s,光谱带宽 0.7 nm,波长精度 ±1 nm,光度精度±0.005 AU,杂散光<0.1％,基线平直度<0.001 AU(rms)。该仪器使用操作简便,测量速度快,性能优良,具有强大的光谱数据分析与处理功能,而且还独具远程操作和访问功能。预期该仪器除了可用于常规分析测试外,还适用于化学和生物等领域的动力学反应研究。     

基于VPX总线的高速数字电路测试系统研究及应用

为解决战略预警雷达、舰载一体化等重点型号雷达中高速数字电路模块的维护能力,设计了基于VPX总线的高速数字电路自动测试系统,通过自研基于VPX总线的多功能测试模块、光纤测试模块,以及通用VPX背板,再结合通用的仪器设备构建测试系统,可兼顾多个型号雷达高速数字电路模块的测试。该系统可提供10路光纤通道,波特率最高为3.2Gbps;16路GPIO信号,中断响应时间＜50us;14路Rocket IO信号,传输速率2.5Gbps;4路*4Rapid IO信号,传输速率3.125Gbps。研究及实测结果表明该系统可解决基于VPX总线的高速数字电路模块的测试。