某高端轿车综合空气动力学性能开发

针对某高端运动型轿车进行包括风阻、升力和风噪等内容的综合空气动力学性能研究与产品优化。以半油泥材料全尺寸模型及其1∶1数模为研究对象,采用整车风洞试验与数值模拟仿真相结合的技术方法,对该车型的外形面、底部护板、轮毂及密封条等进行空气动力学研究,获得了风阻系数值为0.269,且行驶稳定性与风噪水平都有大幅提升的最终优化车型。此外,介绍了开发过程中获得的具体工程经验与相关理论支撑。     

缩比模型轮胎转速对整车风阻影响分析

在缩比模型风洞试验中,若车轮转速设置与气体来流相同,会使轮胎旋转角速度倍增,导致缩比模型设计难度增大,同时试验中的不稳定因素也会增加,因此需要对缩比模型风洞试验中轮胎转速对风阻的影响进行分析,以探究轮胎降转速试验的可行性。本文基于某MPV车型,通过风洞试验及计算流体动力学（CFD）仿真方法对轮胎转速对整车风阻的影响进行分析,结果表明：轮胎转速对风阻测试结果有影响;缩比模型车轮速度设定与来流相同时,缩比模型与全尺寸风阻结果更一致。     

下击暴流作用下的开洞超高层建筑风致内压及净压

通过自制发生装置在大气边界层风洞中模拟下击暴流风场,对典型开洞高层建筑进行内外压风洞试验,研究下击暴流和B类风场作用下开洞高层建筑的内压、净压特性和内压增益函数,进一步识别孔口特征参数,并将内压极值的理论计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明,随风向角的增大,内压系数平均值和极值均先减小后增大。两侧面的净压极值最大,易发生风致破坏。开洞面由于内外压相关系数为正值,内外压作用相互抵消,其净压最小。在50°斜风向的来流作用下,内压增益幅值远大于其他风向角下的结果,且在Helmholtz共振频率处的内压能量显著增大。除70°～100°风向角外,其他风向角下内压系数极值的理论值与试验值吻合良好。     

受限亚音速气流中倒置悬臂壁板静气弹稳定性的理论及实验研究

板壳结构在航空航天、高速列车、能量采集等诸多工程领域已经得到了广泛应用. 将悬臂壁板倒置于轴向气流中并在壁板周围流场中设置刚性壁面可有效地调控壁板的失稳速度, 是俘能器优化设计的重要措施之一. 但针对刚性壁面作用下亚音速气流中倒置悬臂壁板的失稳机制仍需要开展深入研究. 本文以受限亚音速气流中倒置的二维悬臂壁板为对象, 以理论分析及风洞实验为手段, 研究了单侧刚性壁面效应对倒置悬臂壁板静态失稳特性的影响规律. 在理论分析中, 首先应用镜像函数法来处理壁面约束条件, 基于算子理论研究获得了以Possio积分方程为表征的壁板气动力, 壁面效应实际表征为一包含移位Tricomi算子的复合算子; 然后将壁板失稳方程的求解问题转化为定区间上的函数逼近问题; 最后, 依据Wererstrass定理并利用最小二乘法求解该最优函数, 以获得系统的失稳临界参数. 在试验研究中依据压杆稳定原理设计了壁板静态失稳的测试方法并完成了风洞实验. 理论分析结果表明, 壁板会发生发散(静气动弹性)失稳, 临界动压随壁板与壁面间距的增加而增大并最终趋于稳定(无壁面情况); 通过理论与风洞实验结果的对比分析, 验证了本文气动力及理论分析的适用性及准确性. 针对倒置悬臂壁板结构的气动弹性失稳问题, 本文提出的方法不涉及系统方程的离散及特征值求解问题, 而是将其转化为了定区间上的函数逼近问题进行求解, 这为弹性结构静气动弹性失稳问题的研究提供了一个可行的新思路.      

Hydrogenated silicene based magnetic junction with improved tunneling magnetoresistance and spin-filtering efficiency

In this paper, hydrogenation is used for the generation of band gap in silicene and the hydrogenated silicene is then studied for its spintronic application. Upon hydrogenation, silicene transforms into a wide band gap material with a band gap of 3.32 eV. Parameters like magneto-resistance and spin-filtering efficiency of magnetic tunnel junction (MTJ) with CrO₂ as semi-metallic electrodes and hydrogenated silicene as scattering region are found to increase compared to pristine silicene as scattering region. The simulation results show that the magneto-resistance of hydrogenated silicene remains above 85% (higher than the pristine counterpart) for the entire bias range. In addition, the spin-filtering efficiency in hydrogenated silicene reaches a value as high as 96% whereas in case of pristine silicene it remains below 90% for the entire bias range.     

高超声速飞行器气动热关联换算方法研究

气动热风洞实验是地面研究和预测飞行器气动热环境的重要手段之一, 但由于风洞实验模拟能力的限制, 风洞实验的流场参数和模型的几何尺度都会与实际飞行情况存在一定的差别, 导致地面风洞实验中得到的模型表面气动加热率数据无法直接用于飞行条件下的热环境预测和热防护设计. 以往通过针对具体飞行器的试验结果进行数据拟合后外插的气动热关联换算方法指向性较强, 没有考虑到气动热的具体影响参数, 存在一定局限性, 难以外推应用于其他外形的飞行器. 为解决通过气动热风洞实验数据外推预测飞行条件下气动热的技术难题, 基于无量纲NS方程和边界层理论分析研究了影响气动热的主要参数, 并通过推导化简边界层近似解热流公式, 针对层流流态建立了气动热关联换算方法, 可以考虑当地边界层外缘参数的影响, 具有一定通用性. 在此基础上, 利用建立的方法将Reentry-F飞行器缩比模型的风洞实验数据换算到该飞行器飞行条件下的典型工况, 并与飞行测量结果进行了比较, 外推预测结果与飞行测量结果符合较好, 表明建立的关联方法可以用于气动热风洞实验数据的外推换算.      

流变岩体中让压支护作用下隧道力学行为研究

高地应力深埋软岩隧道大变形问题已成为隧道工程建设领域的突出难题. 根据高地应力深埋软岩隧道的变形特征, 基于"围岩能量吸收、变形释放"的让压支护是解决软岩隧道大变形问题的有效方法. 针对流变岩体中深埋圆形隧道在让压支护作用下的力学响应问题, 通过引入分数阶微积分理论, 采用Abel黏壶元件建立了改进的分数阶Burgers蠕变模型来表征围岩的时效变形. 此外, 通过在让压支护不同变形阶段引入刚度修正系数, 克服了传统支护未能考虑围岩变形释放的问题. 据此, 本文推导了在考虑支护延迟安装影响下, 不同变形阶段围岩与让压支护相互作用的解析解. 为了验证理论研究的正确性, 对一算例进行了不同解答及工程结果的比对, 吻合较好. 最后, 参数研究结果表明: 围岩与让压支护间的相互作用受蠕变本构模型分数阶阶数影响较大. 隧道的位移或支护压力与让压位移、支护刚度修正系数间存在线性比例关系, 但由于刚度修正系数仅保持在较小的变化范围内, 隧道的位移或支护压力变化并不显著.      

杭州大剧院风压分布的风洞试验研究

杭州大剧院外观造型新颖独特，由一个近似为椭球的双曲面屋盖和一个倒置的圆锥面玻璃幕墙相交形成大剧院的主体建筑的外轮廓．本文结合该主体结构的抗风设计要求，制作了1：200刚性模型进行结构表面脉动风压平均风压分布的风洞试验研究，详细介绍了风洞试验及数据处理方法，讨论了在不同风向角下椭球面屋盖和圆锥面玻璃幕墙的风压分布．为了便于整体结构设计，本文根据结构的实际情况对椭球面和圆锥面进行分块并给出相应的分块风压数据，最后根据各风向角下的风压分布特征给出了整体结构抗风设计的最不利风向角．     

尖顶弯折三角翼气动特性研究

 对75°后掠三角翼在40%根弦处弯折引起的升阻特性及俯仰特性的 变化进行了低速风洞实验研究，初步分析了尖顶弯折对三角翼气动特性 的影响趋势. 得出尖顶弯折在低速大攻角下，可以使升力系数Cy增大、升阻比提高，并推迟失速攻角amax，从而说明顶部弯折对三角翼气动特 性的改善作用是显著的.     

用反向渐进结构优化方法研究洞室支护优化

洞室开挖支护的优化是在铁路隧道、矿山开挖、水电站建设中经常面对的课题,特别是研究洞室开挖支护拓扑优化有着重要的意义。本文利用近年来发展的渐进优化方法(ESO)的概念,提出了反向ESO方法的迭代格式,建立了洞室开挖支护优化的准则及其敏感度,研究了均匀地基不同地应力条件使得开挖卸荷产生的总应变能最小的最优支护拓扑。结果证明了反向ESO方法的适用性,最优支护拓扑大致成椭圆或者圆形,其主轴方向与最大主应力主轴方向相同。