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2017年  第32卷  第11期

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燃烧、传热、传质
大弯管冲击/发散冷却特性的数值计算与分析
王梅娟, 胡好生, 石小祥
2017, 32(11): 2561-2567. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.001
摘要 PDF(924KB) icon880 icon787
摘要:
采用Fluent 软件对大弯管多方案冲击/发散冷却特性进行了流固耦合传热计算,得到了不同方案的壁温和综合冷却效率的分布规律,并开展了大弯管壁温试验。结果表明：①流量系数和总压损失系数与当量流动面积有关,当量流动面积相同时,各方案的流量系数及总压损失系数相差不大；②在当量流动面积相同的条件下,增加发散孔开孔面积、减小冲击孔开孔面积对提高综合冷却效率有利；③发散孔及冲击孔的排布形式会影响综合冷却效率,在孔数、孔径、开孔面积均相同的条件下,六边形排布优于菱形排布。
三旋流燃烧室的数值模拟与试验
莫妲, 程明, 万斌, 张军峰, 林宏军
2017, 32(11): 2568-2575. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.002
摘要 PDF(970KB) icon942 icon766
摘要:
为研究三旋流高温升燃烧组织技术，借助CFD技术对三旋流单头部燃烧室进行了数值模拟，采用结构化网格生成技术、realizable kε湍流模型、PDF（概率密度）燃烧模型等对其进行模拟计算，获得了燃烧室内流场和燃烧场分布及各方面的燃烧性能参数，同时试验研究了三旋流单头部燃烧室的火焰筒壁温、出口温度分布、燃烧效率、排气冒烟数。结果表明：三旋流燃烧室的温升高达1130K，燃烧效率超过99％，火焰筒壁温分布较好，冒烟数不高于20；所采用的数学模型合理、计算方法可行，与试验数据基本吻合，其结果可为三旋流燃烧室设计提供参考。
侧向射流位置对旋转楔形通道换热分布的影响
倪彬, 李洋, 何定养, 辛安, 邓宏武
2017, 32(11): 2576-2584. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.003
摘要 PDF(1127KB) icon848 icon655
摘要:
在主流入口雷诺数为15000，最大流量比(侧向射流流量和主流流量的比值)与最大旋转数分别为04和023的范围内，实验研究了三个不同位置引入侧向冷气射流冲击对楔形通道内换热分布的影响。实验结果表明：静止状态下，侧向射流冲击只能强化侧向射流孔附近区域的换热；旋转状态下，侧向射流对主流上游的影响区域扩大，并减缓了射流区域的冷气侧向出流，缩小了射流区域内前、后缘面的换热差异，当射流区域的换热效率最高时，该差异最小。为提升通道的平均换热效率，降低旋转对换热的不利影响，侧向射流孔应在通道的中上部，流量比控制在对应的临界值以下。
基于多孔介质的指尖密封各向异性传热模型
王强, 胡娅萍, 吉洪湖
2017, 32(11): 2585-2595. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.004
摘要 PDF(984KB) icon968 icon684
摘要:
在指尖密封多孔介质流动模型的基础上，将指尖密封片之间的接触传热附加于固体导热之中，之后通过对密封固体结构与结构内流体的耦合各向异性传热进行理论分析，建立了指尖密封各向异性传热数学模型；基于商业软件Fluent中的用户自定义标量（UDS）方程功能，开发了多孔介质各向异性传热数值计算模块，并数值模拟了指尖密封结构内的流动与传热特性。结果表明：指梁与指尖靴区域的各向异性有效导热系数张量与孔隙率、径向和周向位置以及轴向接触热阻等因素相关；指尖密封最高温度出现在指尖靴与转子接触面的略下游处；与各向同性传热模型相比，采用各向异性传热模型时,指梁下部和指尖靴区域沿径向和轴向存在较大温度梯度，但温度沿周向的变化两者均很小；泄漏量随着压差的增加逐渐增大，随着转子转速的增加基本不变；指尖密封最高温度值随着压差的增加逐渐减小，随着转子转速的增加逐渐增大。
氢气和过氧化氢对正癸烷燃烧特性影响的对比
Gribi Bouabdallah, 惠鑫, 林宇震, 郑东生
2017, 32(11): 2596-2603. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.005
摘要 PDF(978KB) icon960 icon661
摘要:
氢气(H2)和过氧化氢(H2O2)具有较强的反应活性，能够增强碳氢燃料的燃烧过程。为了探究添加液态氢和液态过氧化氢对航空燃油燃烧特性的影响，以正癸烷为代理燃料，采用数值模拟方法对比研究了H2和H2O2对正癸烷/空气燃烧特性的影响。研究发现，随着H2O2的增加，点火延迟时间显著缩短；而随着H2的增加，初始温度为1100 K时，点火延迟时间基本不变，在初始温度为1600 K时点火延迟时间略有缩短。随着H2O2的增加，层流火焰速度有所提升，而H2添加量对层流火焰速度的提高相对而言较小。富油燃烧时，CO排放指数随H2O2和H2的增加有所降低，NO排放指数有所增长。低压贫油燃烧时，H2O2和H2添加量对CO和NO排放指数基本没有影响；高压贫油燃烧时CO排放指数有所降低，NO排放指数有所提高，H2O2添加量的影响更加显著。
二氧化碳在RP-3航空燃油中扩散系数实验
李超越, 冯诗愚, 邵垒, 潘俊, 刘卫华
2017, 32(11): 2604-2608. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.006
摘要 PDF(747KB) icon810 icon696
摘要:
基于压力降落法原理，搭建扩散系数测试实验装置，测试了29815K时CO2在水中的扩散系数并与文献值比较，验证了实验系统的可靠性。实验测定了密闭容器中28315～33315K时CO2RP3燃油体系中的压力随时间的变化值。实验测量曲线与数值拟合曲线完全稳合，计算得出不同温度下气体在燃油中的扩散系数值为10-8m2/s数量级。由实验结果可知：气体扩散系数与温度之间符合化学反应阿伦尼乌斯定律，由此根据已有扩散系数值可建立CO2在RP3燃油中扩散系数预测模型。采用25315、26315K和27315K时3组实验数据来验证模型的准确性，结果显示实验数据符合预测模型方程，模型具有一定的外延性。
涡轮叶片前缘对冲孔排气膜冷却特性的数值研究
赵丹, 刘存良, 朱惠人, 翟颖妮
2017, 32(11): 2609-2618. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.007
摘要 PDF(1276KB) icon820 icon791
摘要:
对涡轮叶片前缘对冲孔排和错位对冲孔排的气膜冷却特性进行了数值研究，分别在吹风比为05、10、15、20的工况下，分析了模型表面气膜冷却效率和表面传热系数的分布规律，对比了不同气膜孔排结构和孔间距对下游气膜冷却效率和传热系数的影响。结果表明：相比于传统同向倾斜孔排结构，对冲孔排结构并没有减弱气膜的冷却特性，反而在靠近端壁处比传统同向倾斜孔排更易于加工；两种孔排下的气膜冷却效率均随着吹风比的增大而减小，而传热系数值均随着吹风比的增大而增大；在孔排近下游范围内，随着孔间距的增大，气膜冷却效率逐渐减小且在小吹风比下更加明显，传热系数值随着孔间距的增大逐渐减小且在大吹风比下更加明显。
高压涡轮机匣加强肋表面换热特性试验
刘远见, 毛军逵, 江华, 李毅, 沈毅, 陆海鹰
2017, 32(11): 2619-2628. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.008
摘要 PDF(1011KB) icon848 icon616
摘要:
针对高压涡轮叶尖间隙主动控制机匣的多层结构,重点分析了机匣内部加强肋和安装螺栓共同组成的基本换热单元,利用热膜法研究了加强肋表面的局部和平均传热系数,得到了不同进气状态、加强肋高度对传热系数的影响规律。研究发现：冲击靶面传热系数随着冲击雷诺数的增长而增大,但传热系数的增长速率随着冲击雷诺数的增大而缓慢降低。3排冲击射流工况中,靠近出流位置的加强肋表面平均传热系数最高。试验结果表明,加强肋表面的传热系数受到加强肋高度和冲击雷诺数耦合作用。在高雷诺数时,增加加强肋高度带来的换热强化效果更加明显。
基于急速混合管状火焰技术的丙烷富氧燃烧
彭维康, 赵晓尧, 初庆钊, 石保禄, 李军伟, 王宁飞
2017, 32(11): 2629-2637. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.009
摘要 PDF(988KB) icon926 icon823
摘要:
采用燃料与氧化剂分别切向注入柱形燃烧室的急速混合管状火焰燃烧技术，开展了丙烷富氧燃烧实验研究，重点分析了火焰结构和燃烧稳定性随氧气摩尔分数xO2的变化规律。丙烷空气实验中，急速混合获得了与预混燃烧相近的均匀稳定层流火焰。以CO2为稀释剂，利用急速混合燃烧分析了不同xO2的火焰特性。结果表明：当xO2≤0.5时，在可燃范围内可获得均匀稳定的管状火焰；xO2=0.6，火焰结构不均匀但仍为稳定层流火焰；xO2增加至0.7时，仅在低当量比下获得了稳定管状火焰，当量比为1.0附近则出现了不稳定燃烧；随着xO2进一步增加，不稳定燃烧范围扩大。实验测量了xO2≤0.4的丙烷可燃界限，相同xO2下N2为稀释剂的可燃范围比CO2的大；且在xO2低至0.125时仍能燃烧，而CO2为稀释剂时此值为0.18。
旋转涡轮叶片前缘热色液晶测温技术研究
王磊, 陶智, 王海潮, 李海旺
2017, 32(11): 2638-2645. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.010
摘要 PDF(1025KB) icon848 icon813
摘要:
建立了基于频闪拍照和液晶测温技术的旋转态全环涡轮叶片前缘外壁面温度场测量系统，研究了不同旋转状态下前缘外壁面温度场特性。实验结果表明：该系统能够获取旋转状态下全环涡轮叶片前缘外壁面温度分布，并具有足够的分辨率和精度；随着旋转数的增加，前缘气膜冷却效率整体呈下降趋势，且加剧了压力面和吸力面气膜冷却效率的不均衡。
小型平板回路热管蒸发器内传热与流动的三维数值模拟
朱旭明, 钟权, 汪舟杰, 黄晓明
2017, 32(11): 2646-2652. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.011
摘要 PDF(896KB) icon916 icon686
摘要:
针对小型平板回路热管蒸发器内的流动与传热，建立了多区域耦合的数学物理模型，并应用FLUENT软件进行了三维数值模拟。结果表明：蒸发器传热特性在不同热负荷下呈现出较大的差异，其温度分布不仅取决于热负荷，更依赖于毛细芯表面发生的两种传热机制，即毛细蒸发和热传导。相比高热负荷(Q=120W)和低热负荷(Q=40W)，中等热负荷(Q=80W)下蒸发器各个部位的温度均较低。三种不同热负荷下，毛细芯反向导热均大于侧壁漏热，补偿腔内与毛细芯相邻处易出现高温区。冷凝回流液在补偿腔内的流动形成两个涡，这种流动特点有利于降低毛细芯的温度。当热负荷与系统冷凝能力匹配时，整个系统流动与传热特性最优。
基于背景纹影技术的随机介质折射率场测量
高磊, 许东
2017, 32(11): 2653-2658. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.012
摘要 PDF(865KB) icon787 icon671
摘要:
针对光线通过复杂流场时产生的光传输效应问题，提出了基于背景纹影技术的复杂折射率场测量方法，给出了根据粒子图像偏移量求解折射率场分布的计算方法和推导过程，并对该方法的分辨率与灵敏度进行了理论分析。在此基础上，对火焰上方折射率场的分布进行了实验测量，利用粒子图像测量(PIV)技术对实验图像进行处理。结果表明：实验测量得到的空气折射率最大值为100029，最小值为100009，测量有效值小于00001。表明该方法具有较高的测量精度，能够有效实现复杂折射率场的实时精确测量。
结构、强度、振动
热声载荷下薄壁结构振动响应试验验证与疲劳分析
沙云东, 王建, 赵奉同, 骆丽
2017, 32(11): 2659-2671. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.013
摘要 PDF(1333KB) icon748 icon616
摘要:
由于热声环境下金属薄壁结构表现出复杂的大挠度强非线性振动响应特性,影响结构的疲劳性能与寿命，结合有限元法与降阶模态法对四边固支高温合金矩形薄壁结构的热声响应进行计算。结果研究发现:屈曲后结构出现跳变运动且应力循环呈三角状分布,热声载荷的相对强弱决定了跳变形式。采用改进雨流计数法、Morrow平均应力模型、Miner线性损伤累积理论计算热声疲劳寿命,屈曲前到临界屈曲时应力循环损伤量级显著增大,由10-5增大到10-4,寿命随温度增加呈先减小后增加趋势。开展薄壁结构热声试验,并将仿真计算结果与试验结果进行对比,结果表明结构的模态频率偏差不超过1Hz,动态应变响应结果的量值相当,验证了薄壁结构热声响应计算方法与模型的有效性。
同心与非同心型挤压油膜阻尼器减振能力的实验比较
祝长生, 毛川, 李鹏飞
2017, 32(11): 2672-2679. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.014
摘要 PDF(1084KB) icon728 icon509
摘要:
为了比较带定心弹簧的同心型与不带定心弹簧的非同心型挤压油膜阻尼器(SFD)的减振能力，在同心型与非同心型SFD多盘柔性转子系统实验装置上进行了不同转子不平衡质量及油膜径向间隙条件下的系列试验。结果表明：相对于刚性及纯弹性支承，两种SFD都能够有效地减小转子系统的振动。在同心型SFD柔性转子系统中，当SFD的作用相对定心弹簧的作用较弱时，可以用定心弹簧来调整转子系统临界转速的位置，转子的临界转速在弹支临界转速附近；当SFD的作用相对定心弹簧的作用较强时，定心弹簧对转子系统临界转速的影响不大，转子的临界转速在刚支临界转速附近。非同心型SFD转子系统的非线性特性比同心型SFD转子系统更为复杂，不仅会出现主共振，而且还会出现超谐共振及亚谐共振。
超微型高速空气轴承的动态特性
李海旺, 尹帅, 闫晓军
2017, 32(11): 2680-2686. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.015
摘要 PDF(807KB) icon796 icon613
摘要:
对微型转子（半径为1985mm）动态特性进行了数值模拟和实验研究。在数值模拟中,利用ANSYS对空气轴承微转子系统进行了双向瞬态流固耦合研究；模拟了启动阶段转子在空气轴承调节下的运动过程。结果表明:转子的动态过程为一运动幅度逐渐减小的振荡过程,最后将稳定于某一平衡位置；在轴承供压越大时,转子运动幅度越大,且达到稳定所需时间更长。计算结果发现了轴承间隙宽度与轴承流量的正相关关系。在对应实验中,实验结果与模拟结果很好的相符。由数值模拟和实验研究,说明了在较大止推轴承供压下由于转子轴向运动幅度大,有更大发生碰撞的风险；而在70927Pa的供压下进行启动则更为合适。
基于半理论法预测基础激励下纤维增强悬臂梁结构应变能
李晖, 牛义, 常永乐, 闻邦椿
2017, 32(11): 2687-2694. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.016
摘要 PDF(807KB) icon739 icon491
摘要:
提出了半理论法预测基础激励下纤维增强悬臂梁结构应变能。首先，建立了基础激励下纤维增强复合梁结构的应变能分析模型。然后，明确了采用半理论法预测纤维增强悬臂梁应变能的相关原理，并给出预测纤维增强悬臂梁应变能的具体流程。最后，测试获得该类型梁结构在某基础激励幅度下的振动位移响应，验证所建立的应变能分析模型的正确性，可以采用半理论法来分析预测复合梁的应变能，同时还与相同尺寸的铝合金梁的预测结果进行了对比。结果证明：在相同激励幅度下，纤维增强悬臂梁的应变能相对于铝合金梁结构要低于24%~36%，可以利用应变能指标来客观评价复合结构件相对于金属构件的减振能力。
混合边界子结构的航空发动机机匣模型修正
曹芝腑, 姜东, 吴邵庆, 费庆国
2017, 32(11): 2695-2704. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.017
摘要 PDF(928KB) icon845 icon534
摘要:
提出了一种基于混合边界模态综合的复杂结构有限元模型修正方法。其主要步骤包括：①子结构划分,根据结构形式划分待修正区域，得到子结构和残余结构；②缩聚和装配,利用混合边界模态综合法，将子结构内部自由度集缩聚至混合边界自由度集，得到子结构缩聚矩阵，并与残余结构的系统矩阵进行装配；③修正,基于灵敏度分析方法，对装配后的残余结构进行参数修正。将该方法应用于航空发动机外机匣的精细化有限元建模及模型修正研究，针对局部连接结构参数修正，子结构模型修正方法的参数收敛后最大误差为064%，其计算效率提高了515倍。算例结果表明，该方法在保证修正精确度的同时，能提高大规模复杂结构有限元模型修正的计算效率。
简谐激励下柔性卡箍支承管路系统响应
李占营, 王建军, 邱明星
2017, 32(11): 2705-2712. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.018
摘要 PDF(1497KB) icon732 icon514
摘要:
针对柔性卡箍支承航空发动机管路系统振动问题,研究了柔性卡箍的刚度特性及其对管路系统响应特性的影响。建立了包含管路和柔性卡箍的管路系统流固耦合有限元模型,给出了系统时域响应的Newmark积分方法。采用解析推导和试验测试两种方法对柔性卡箍刚度特性进行了研究,研究结果表明：柔性卡箍的刚度具有明显的分段线性特性。通过对基础简谐激励作用下管路系统时域受迫响应分析,研究了柔性卡箍支承刚度对系统非线性行为的影响。发现柔性卡箍刚度的不对称性较大时,系统的幅频响应特性曲线出现明显的非线性突跳现象；在特定频率范围,响应中存在激励频率的亚谐和超谐分量；随着流体流速和压力的增加,系统固有频率减小。
4种典型航空钛合金材料高温裂纹扩展性能对比试验
吕志阳, 熊峻江, 马少俊, 赵延广
2017, 32(11): 2713-2720. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.019
摘要 PDF(1247KB) icon840 icon528
摘要:
试验测定了4种典型航空钛合金材料（即TC18、TC21、TC4DT、Ti6Al4V/ELI）在两种温度（25℃和250℃）下裂纹扩展性能,在试验数据的基础上,进行裂纹扩展性能对比分析,并对试样断口进行扫描电镜(SEM)分析,研究了高温和载荷联合作用对裂纹扩展的影响机理,结果表明：不同温度下，不同钛合金材料裂纹扩展速率之间存在很大的差异性；与室温断口相比,高温断口表面呈现浅黄色,并伴有大量二次裂纹；钛合金的裂纹扩展性能是受温度和载荷的联合作用影响,裂纹闭合和氧化作用共同决定了其扩展历程。
基于细观结构的三维四向复合材料刚度预测模型
陈波, 温卫东, 崔海涛
2017, 32(11): 2721-2728. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.020
摘要 PDF(830KB) icon756 icon492
摘要:
考虑纱线截面的变化、相互挤压，建立了三维四向复合材料内部单胞、表面单胞及角胞细观模型。对三种单胞模型施加了相应的周期性边界条件，采用刚度体积平均法，建立了三维四向复合材料刚度预测模型，预测了切边和非切边三维四向碳/碳复合材料纵向弹性模量。结果表明，三单胞预测模型在材料宽度为8、13、16、21mm的预测值时，与试验平均值的误差分别为183%、 58%、42%和5%，模型预测精度在材料宽度增加时，预测精度明显提高，当材料宽度大于13mm时，能较好的预测三维四向碳/碳复合材料纵向弹性模量，且三单胞模型的预测精度显著优于内部单胞模型。
2.5维机织复合材料的纬向力学性能试验
赵哲, 温卫东, 宋健, 王柱成
2017, 32(11): 2729-2736. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.021
摘要 PDF(876KB) icon779 icon514
摘要:
通过室温(20℃)及高温(180℃)静态拉伸及拉拉疲劳试验,获得了25维树脂基机织复合材料在不同温度下的力学性能及拉拉疲劳寿命。基于宏观试验,探讨了材料在静载及拉拉疲劳载荷作用下的破坏模式和失效机理,对比了材料在疲劳载荷作用后的剩余强度与静强度的关系,之后分析了温度对材料静态力学性能及疲劳寿命的影响。结果表明：在20~180℃温度范围内材料的纬向模量对温度不敏感,但纬向强度及疲劳寿命随温度的升高而显著下降。在高温高应力水平（高于80%静强度）下材料的纬向疲劳寿命非常短(小于104次循环),但当应力水平仅下降2%后,材料的纬向疲劳寿命趋于106次循环。另外,高温下材料的剩余强度大于高温静强度。
气动热力学与总体设计
变控制流供应角度涡流阀固体变推力火箭发动机调节方案
魏祥庚, 李江, 陈剑, 侯廉
2017, 32(11): 2737-2742. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.022
摘要 PDF(843KB) icon818 icon510
摘要:
针对涡流阀变推力发动机变控制流供应角度方案，开展了发动机工作特性的数值模拟及实验研究。数值研究结果表明：采用变控制流供应角度可以很好地实现涡流阀变推力发动机的推力调节；涡流阀最大推力调节比超出加质发动机调节比26%；调节比随着控制流供应角度的减小而增大。实验结果表明:变控制流供应角度方案可行，验证了“气气”调节的优越性。变控制流供应角度涡流阀固体变推力发动机为实现固体发动机推力调节提供了一种技术途径。
基于扇翼机翼升推力机理的吹气机翼研究
杜思亮, 唐正飞
2017, 32(11): 2743-2751. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.023
摘要 PDF(1040KB) icon748 icon656
摘要:
基于对扇翼飞行器升推力产生机理的数值计算与分析，提出了一种扇翼飞行器机翼的替代方案——吹气机翼。分析了扇翼机翼升推力的产生机理并在扇翼机翼翼型的基础上构建了吹气机翼翼型。建立了两种机翼翼型的数值计算方法，通过对比相对静压分布曲线、速度云图和压力云图，证明了吹气机翼具有与扇翼机翼一样的升推力产生方式，即涡致升推力的形成机制。通过将横流风扇加速后气流流速定义为吹气机翼吹气速度，对比了两种机翼升推力随来流速度和迎角的变化关系。结果表明：两种机翼的升推力变化趋势基本一致，仅在迎角大于20°时，吹气机翼推力值相较扇翼机翼损失了近5倍。总体而言，在常规飞行状态下，吹气机翼能够替代扇翼机翼，为相关飞行器的增升和优化设计提供了一种思路。
动力增升对翼身融合飞机沉降特性的改善
王明凯, 张曙光, 唐鹏, 夏双枝, 冯杨
2017, 32(11): 2752-2760. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.024
摘要 PDF(834KB) icon757 icon679
摘要:
翼身融合体飞机起降阶段的“沉降问题”是影响该类布局飞行安全的典型问题，为此提出了一种将动力风扇竖直嵌入机翼中的动力增升方案。分析了动力增升系统对飞行的气动影响，提出了动力增升系统的匹配设计和评价方法，探讨了动力增升系统布局的主要约束。在综合考虑动力增升系统推质比、俯仰力矩配平以及操稳特性等限制因素基础上，基于示例翼身融合体无人机，匹配设计了动力增升系统及其布局方案，针对过渡飞行状态设计了姿态稳定控制律。飞行试验表明：使用动力增升能缓解进近阶段升降舵操纵所引起的下沉率突增与高度沉降现象，同时可将验证机的起、降速度降低20%以上，且该方案易于在小型翼身融合体飞机上实现。
改进S-A湍流模型对横向射流的CFD模拟
张仪, 王晓东, 梁俊宇, 康顺, 张锴
2017, 32(11): 2761-2768. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.025
摘要 PDF(904KB) icon827 icon463
摘要:
通过在Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型中加入应变率张量，来改善模型对横向射流(JICF)的计算精度。模拟了速度比分别为0.5和1.5工况下的横向射流。经实验值验证，结果表明：改进后的S-A模型预测精度有所提升；并对湍流模型改进部分对横向射流的作用机制做出了分析。将改进后S-A模型的计算结果与k-ε模型，雷诺应力模型(RSM)和大涡模拟(LES)的结果进行比较，发现S-A模型在速度比为0.5时精度最高，而在速度比为1.5工况下没有明显优势；并对这一现象做出了合理分析。
火箭橇系统的摩擦力分析与计算
房明, 孙建红, 余元元, 王从磊, 周飞, 侯斌
2017, 32(11): 2769-2776. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.026
摘要 PDF(869KB) icon614 icon442
摘要:
根据火箭橇动态试验非线性和非定常特点，以及火箭橇与轨道的摩擦特性，对某型火箭橇系统进行了动力学分析、建模和流场数值模拟，界定了不同运动状态的动力学特点，得到了系统的气动力特性。研究结果表明：在60～90m/s速度条件下，该型火箭橇阻力系数约为0.58，升力系数约为0.003，气动力主要表现为气动阻力，升力与火箭橇自重相比相对较小，约占自重的0.5%～1.2%。同时结果表明，火箭橇运动速度是影响摩擦因数的主要因素，摩擦因数随运动速度的增大而减小。在数值模拟和试验数据基础上，确定了幂函数形式的摩擦因数计算公式，公式以运动速度为底数，系数为2.554，指数为-0.756。并在多种工况下，对火箭橇运动参数进行预测和验证，与试验数据符合良好。
基于二维紧凑型四阶格子模型的激波管流动模拟
胡开南, 耿少娟, 张宏武
2017, 32(11): 2777-2783. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.027
摘要 PDF(830KB) icon669 icon468
摘要:
为了提高格子的稳定性，使用Hermite展开方法，构建了新的二维四阶紧凑型格子模型，即D2Q37A。比较了D2Q37A和与Philippi给出的紧凑型格子模型(D2Q37B)的稳定性。在相同的碰撞频率下，与D2Q37B相比，D2Q37A可以模拟初始密度比更高的一维激波管流动。这表明D2Q37A与现有格子模型相比，具有更好的稳定性。详细给出了适用于高阶格子模型的边界条件实现方式。此边界条件实现方式保留了体现LBM（lattice Boltmann method）粒子特性的迁移碰撞机制。用以上给出的格子模型和边界条件处理方式模拟激波管流动，得到的模拟结果和解析解吻合得很好。这表明所给出的边界处理方式是可行的。此边界格式同样可以用于其他类型的流动和边界。
斜孔式等离子体合成射流激励器静特性的实验
程林, 孙姝, 谭慧俊, 何小明, 张宇超, 张悦
2017, 32(11): 2784-2790. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.028
摘要 PDF(818KB) icon675 icon478
摘要:
设计了斜孔式等离子体合成射流激励器，采用电参数测量和高速纹影技术研究了其放电特性及瞬态流场特性。实验表明：相较直孔式等离子体合成射流激励器，斜孔式等离子体合成射流激励器的射流流动表现出明显的附壁效应和非对称性，这有利于提高射流对流动分离的控制能力。同时，实验中还观察到了浮力对等离子体高温射流流场演化的影响，特别是在射流演化的末期，其诱导的垂向速度分量显著地改变了射流的最终运动方向。
自动控制
反推力装置液压作动系统AMESim建模与仿真
陈永琴, 汪天兴, 苏三买, 刘超
2017, 32(11): 2791-2799. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.029
摘要 PDF(1035KB) icon810 icon600
摘要:
根据飞机反推力装置液压作动系统的结构特点及工作原理，建立了其蜗轮蜗杆部件、丝杠螺母部件和作动筒的数学模型及系统的AMESim模型。针对某型反推作动系统进行了仿真，分析了其位移、同步性、受力变化规律；通过设置批参数运行的方式，初步分析了丝杠导程角、蜗轮蜗杆减速比和供油压力不足对作动系统性能的影响。仿真结果表明：所建模型能模拟作动系统的伸出和收回时的工作状态，为反推作动系统设计参数选择、受力分析和故障诊断提供了平台。
动力传输
准双曲面齿轮LTCA弯曲变形约束方法
王琪, 周驰, 桂良进, 范子杰
2017, 32(11): 2800-2807. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.030
摘要 PDF(901KB) icon733 icon508
摘要:
针对现有准双曲面齿轮加载接触分析（LTCA）受载后得到的弯曲变形中包含由于柔性引起的变形和加载点与轮坯之间剪切变形的问题，提出了轮齿有限元模型约束方法用于消除柔性引起的变形和剪切变形。该约束方法在原有约束方法的基础上引入了约束轮坯内圈和轮齿中间平面的有限元模型，并给出了该约束方法对应的齿面法向柔度矩阵的计算过程。为验证该约束方法的正确性，将原约束方法、该约束方法及实验结果进行对比。结果表明：约束方法主要影响齿面加载接触印迹的范围，最大载荷时原有约束方法加载接触印迹到达齿面小端，而该约束方法的加载接触印迹在最大载荷时距离小端仍有3~4mm与实验结果吻合更好。
叶轮机械
轴流压气机非定常数值模拟方法精度分析
罗楚威, 陈江
2017, 32(11): 2808-2816. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.11.031
摘要 PDF(1013KB) icon655 icon468
摘要:
以Stage-35单级轴流压气机为研究对象，分别用相位延迟法、叶片约化法及非线性谐波法对其进行非定常数值模拟，并与实验及半环精确非定常模拟进行对比，以分析各非定常模拟方法的计算精度。结果表明：3种非定常计算方法在对流场时均参数的预测上均能达到半环精确非定常模拟相同的精度，但几何改变使叶片约化法得到的频谱特征尤其是基频谐波幅值产生较大变化；相位延迟法虽能较准确预估基频谐波幅值，但在其余谐波处则精度通常低于叶片约化法；非线性谐波法在计算参数的非定常时域及频域特征时精度比相位延迟法和叶片约化法低。

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