波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟

在波纹翅片上开设矩形翼和组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其强化换热特性,分析辅翼的几何尺寸,包括辅翼攻角、长度和宽度等对换热增强比Nu/Nu_0以及综合强化换热因子(Nu/Nu_0)/(f/f_0)~(1/3)的影响。结果发现:矩形翼和组合翼能显著增强波纹翅片的对流换热;由于开设纵向涡发生器后使流动阻力增加,综合强化换热因子小于换热增强比;组合翼的换热增强比和综合强化换热因子均大于矩形翼;对于组合翼,随着辅翼攻角、辅翼长度或辅翼宽度的增加,换热增强比和综合强化换热因子均增加。     

基于窗耦合结构的HIAF RFQ高频腔体研究

作为直线加速器的前级聚焦加速部分,RFQ(射频四极场) 在束流动力学和运行稳定性上都应表现良好,需要保持电场平整和电磁强耦合。为实现这两个目标,提出并研究了窗耦合结构。针对工作频率为81.25 MHz 的1 m长模型腔,利用三维电磁仿真软件CST MWS微波工作室对传统的四翼型、四杆型高频结构进行了仿真,并重点研究了窗耦合型结构。对开窗的对称方式、开窗的个数和大小等进行了分析,发现合适的窗耦合结构能保持较为紧凑的横向尺寸同时能耗适中,同四翼型结构相比二极模频率也远离了运行频率。为验证模拟结果,建造了一个铝模型腔,并对模型腔进行了冷模测试,实测频率为81.41 MHz,相邻模频率差为10.74 MHz,与模拟结果接近。仿真模拟和模型腔测试的结果表明,窗耦合四翼型结构可作为较低频率RFQ的一种设计。As a focusing and acceleration element in front part of the linear accelerator RFQ, should have ahigh performance in both beam dynamic and operation stability. It requires the electro-magnetic field of RFQ to keep uniform and strongly coupled. In this paper the window coupled structure is proposed and investigated to meet the requirements of RFQ design. Different structures have been compared and analyzed, including four-vane type and four-rod type, and the four-vane type with windows. It was concluded that window-coupled structure is more compact in the transverse dimension with modest power loss and the dipole frequency is far from the operation frequency compare to the normal four-vane structure. A one-meter long and frequency of 81.25 MHz model-cavity of alumimum was employed as a sample and simulated by using the microwave studio of CST. The low power RF test results show that the operating frequecy is 81.41 MHz and the nearest mode frequency separation is 10.74 MHz, which is in good agreement with the simulated values. It is concluded that the window-coupled structure is a candidate for low frequency RFQ.     

疏导式热防护在翼前缘中的应用探索

针对高超声速飞行器飞行时翼前缘存在着严重的气动加热问题,为了保证翼前缘的尖锐外形,提出疏导式热防护结构,利用内置高温热管结构为翼前缘提供热防护。采用数值模拟和电弧风洞试验的方法对翼前缘疏导式结构进行了分析,得到翼前缘内置高温热管具有的防热效果。数值模拟结果表明在一定热环境条件下,翼前缘驻点温度下降了304K,尾部最低温度升高了130K,实现了热流从高温区到低温区的疏导,减弱了翼前缘的热载荷,强化了翼前缘的热防护能力。通过电弧风洞试验可以获得相同的热防护结果,并且在一定飞行条件下高温热管可以自适应启动,验证了数值模拟方法的准确性以及翼前缘内置高温热管疏导式热防护结构的可行性。     

宽翼缘梁非线性温差自应力级数解

为了客观反映宽翼缘梁在非线性温差作用下的自应力分布特点,克服按梁理论计算温度自应力时的不足,本文从弹性力学的分析方法入手,按平面应力状态分析翼缘板和腹板的温度应力。通过翼缘板与腹板连接处的变形协调条件及平衡条件建立补充方程,求解艾瑞应力函数中的积分常数,推导了翼缘板与腹板的纵、横向正应力、剪应力及位移分量解析式。导出的翼缘板纵向正应力公式可自动考虑宽翼缘梁沿横截面宽度自应力不均匀分布的特点。对一宽翼缘T梁的计算表明,当翼缘板相对于腹板发生温差变化时,沿其宽度的纵向温度自应力分布很不均匀,在翼缘板根部自应力较大而在悬臂端则显著减小。按通常基于梁理论的温度自应力计算方法,无法反映这种应力分布规律。     

模型昆虫翼作非定常运动时的气动力特性

基于Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的数值解,研究了一模型昆虫翼在小雷诺数（Ｒｅ＝１００）下作非定常运动时的气动力特性,这些运动包括：翼启动后的常速转动,快速加、减速转动,常速转动中快速上仰（模拟昆虫翼的上挥或下拍、翻转等运动）有如下结果：在小雷诺数下,模型昆虫翼以大攻角（α＝３５°）作常速转动运动时,由于失速涡不脱落,可产生较大的升为系数。其机理是：翼转动时,翼尖附近（该处线速度大）上翼面压强比翼根附近（该处线速度小）的小得多,因而存在展向压强梯度,同时存在着沿展向的离心力,此展向压强梯度和离心力导致的展向流动在失速涡的轴向方向,其可避免失速涡脱落。模型昆虫翼在快速加、减速转动和快速上仰运动中,虽然雷诺数小,但由于在短时间内产生了大涡量,也可产生十分大的气动力,例如在快速上仰运动中,升力系数可大于１０。     

基于翼身融合布局载机的组合空射飞行器概念设计与气动优化

提出了一种使用翼身融合布局载机背载火箭助推空天飞行器的概念设计及其载机平台的气动优化设计, 本设计第1级是1个大型亚跨声速翼身融合布局载机, 第2级是两个推进剂外贮箱, 第3级是一种有翼火箭推进飞行器, 空基发射相对陆基或海基发射的优势是在同等入轨质量条件下, 可以大幅度减小初始发射质量, 大幅度节省推进剂, 显著降低发射成本, 提高空天发射的便捷性, 经过设计估算, 可以1×106 kg量级起飞达到陆基多级火箭2×106 kg量级发射航天飞机级质量的目的, 并可以重复使用。对于第3级飞行器, 利用空天飞行器因其具有的高度和速度而蓄积的引力势能和动能, 具有实现环球飞行量级的大航程高速无动力滑翔飞行的潜力, 探索空射型助推滑翔式系统如何将这些巨大能量缓慢释放用于实现无动力远距离高空高速滑翔飞行。考虑到高超声速飞行器部分的气动优化潜力有限, 利用多点多约束气动优化设计方法实现了载机平台高空发射状态升阻比的较大增加和起飞状态升力系数的显著增长, 用以增大载机平台的载重能力, 而载重能力的增加可用于提升空射系统的入轨质量或者滑翔航程, 从而优化系统整体。      

钢框架抗震耗能节点梁的极限承载力分析1）

为提高结构的抗震性能,框架结构中以翼缘削弱型节点为代表的延性耗能节点逐渐代替传统节点,为研究翼缘削弱型节点框架梁在单向比例加载时的极限载荷,对削弱梁极限状态进行了分析,判定极限状态下削弱梁塑性铰生成的位置并计算极限载荷,将计算结果和普通梁进行对比.分析结果表明：削弱梁越长承载力下降越明显,对短梁需要选择合适的削弱参数,才能避免塑性铰出现在梁端.研究结果可为削弱梁塑性设计提供依据,同时拓展结构力学极限载荷学习内容.     

高速飞行器中空翼结构高温热振动特性试验研究

远程高速飞行器飞行速度快, 滞空时间长, 飞行过程中翼、舵等结构会出现长时间的剧烈振动, 由气动加热产生的高温还会使飞行器材料和结构的弹性性能发生变化, 从而引起翼、舵等结构振动特性的改变.因此获得高温与振动复合环境下的远程高速飞行器翼、舵等结构的振动特性参数对于高速飞行器的安全设计具有非常重要的意义.将高温热环境试验系统与振动试验系统相结合, 在对中空翼面结构进行振动激励的同时使用红外辐射加热方式对翼面结构生成可控的热环境, 并通过自行设计的耐高温引伸装置将中空翼结构的振动信号传递到非高温区进行数据采集与分析的方式, 实现了高达800℃~900℃的力热复合环境下的翼结构固有频率、模态等振动特性参数的试验测试, 其试验结果为远程高速飞行器中空翼结构在高温振动环境下的动特性分析和安全可靠性设计提供了重要依据.     

新型排翼式浮升一体化飞艇的布局设计和气动研究

以传统的NACA系列翼型为基准,设计一类实用高效的新型排翼式浮升一体化飞艇.通过数值计算,对浮升一体化飞艇的气动问题和布局设计展开系统的研究,综合分析和评估各气动布局形式的浮升特性.研究结果表明:排翼式浮升一体化飞艇不仅具有接近常规飞艇的体积效率,而且利用后翼对前翼下表面气流形成的阻滞和排翼重叠区域之间的气流加速作用,其总体升阻比较单排翼增大50%以上,当速度大于30 m·s^-1之后可以使飞艇的自重降低,有效载荷提高;同时,排翼式飞艇的弦向尺寸较小,可有效降低材料的表面张力,为高空飞艇表面柔性材料提供了较宽的选择范围.     

一种用于研究鹰蛾悬停飞行的扑翼实验装置

研制了一套新型的能够在空气中模拟鹰蛾悬停飞行的扑翼模型实验装置。装置由模型翼面和主体、舵机驱动单元、运动控制与检测、测力天平和采集系统等五部分构成。模型在计算机的控制下按照鹰蛾悬停飞行的活体观测数据完成扑翼运动。与此同时,系统采集得到扑翼的实际运动曲线以及模型所受到的非定常气动力。实验结果表明,模型扑翼运动能很好地复现鹰蛾悬停飞行的动态过程;所测得的气动升力与鹰蛾的悬停条件相一致;由模型实验的升阻力数据所得的挥拍面前倾角也与活体观测结果相吻合。该模拟实验装置运动调节灵活,执行便捷,操控可靠,且能够测量空气中的微小非定常气动力,这为进一步深入研究扑翼运动的机理提供了方便的手段。