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2008年  第23卷  第9期

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气动热力学与总体设计
典型二元高超声速进气道与侧压式进气道的性能比较
金志光, 张堃元
2008, 23(9): 1553-1560.
摘要 PDF(1578KB) icon1600 icon450
摘要:
在相同的约束条件下运用高超声速进气道已有的相关设计方法设计了两类典型的二元进气道与侧压式进气道,利用数值模拟手段对两类进气道的流场结构和总体性能开展了对比研究.研究发现,二元进气道出口流场畸变较小,流场均匀性优于侧压式进气道;二元进气道流量系数对飞行马赫数的敏感程度远高于侧压式进气道;设计点,二元进气道性能优于侧压式进气道.非设计点,尤其在接力状态下,侧压式进气道性能突出;侧压式进气道阻力特性优于二元进气道,而二元进气道的前体升力则高于侧压式进气道.
自动控制
一种仿蜜蜂类昆虫扑翼悬停控制的仿真估算研究
张西金, 方宗德, 杨小辉
2008, 23(9): 1561-1567.
摘要 PDF(804KB) icon1473 icon440
摘要:
基于准稳态气动力模型,推导了仿蜜蜂类昆虫扑翼气动力和力矩估算公式,建立了扑翼运动函数.将仿蜜蜂类昆虫扑翼视为空间运动刚体,在其动力学方程基础上,采用分层控制策略研究悬停控制问题.外层为位置控制,X和Y位置应用PD控制算法,Z位置应用切换控制方法;内层姿态控制采用切换控制方法,并选择了一套机翼运动参数用于切换控制.最后进行了仿蜜蜂类昆虫扑翼悬停控制仿真试验,试验结果表明所设计的控制策略是有效的,一旦昆虫扑翼受到干扰偏离平衡位置后,通过自动调节能够回到平衡位置附近.
脉冲式燃烧风洞起动特性数值研究
张小庆, 乐嘉陵
2008, 23(9): 1568-1572.
摘要 PDF(1158KB) icon1403 icon444
摘要:
利用计算流体力学软件Fluent,采用隐式双时间步方法模拟非定常过程,控制方程的离散采用二阶迎风格式,湍流模型选择剪切应力输运(SST)k-ω模型,并求解组分扩散方程,对脉冲式燃烧风洞的起动过程进行了数值模拟,分析了喷管起动时流场结构的变化情况和自由射流区超声速流场的建立过程.计算结果为改进风洞起动特性提供了一定的参考依据.
一种腹下S弯进气道低速大攻角下气动特性实验
翁小侪, 郭荣伟
2008, 23(9): 1573-1578.
摘要 PDF(921KB) icon1447 icon472
摘要:
对一种腹下S弯进气道进行了实验研究,得到了低速大攻角下的气动特性,结果表明:随出口马赫数的增加,腹下S弯进气道出口截面的总压恢复系数不断下降,稳态周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数均上升;出口马赫数为0.45时,进气道出口总压信号的功率谱在220Hz处存在峰值,内通道发生了局部流动分离;与地面抽吸状态相比,该进气道在低速大攻角状态下具有较高的总压恢复系数,虽综合畸变指数也偏大,但能够满足发动机正常工作的要求.
高速运动弹丸诱导的瞬态流场数值研究
姜孝海, 范宝春, 李鸿志
2008, 23(9): 1579-1584.
摘要 PDF(2376KB) icon1361 icon446
摘要:
采用基于任意拉格朗日欧拉(ALE)方程的动网格及嵌入网格法,结合二阶精度Roe格式和沉浸边界法,对弹丸由高压气体驱动从静止状态加速至超声速,射出膛口到完全飞离初始流场的整个过程进行了数值模拟.根据数值结果,详细讨论了初始流场、火药燃气流场的形成与发展以及与弹丸的耦合和相互作用过程.
激波诱导轴对称气动矢量喷管流场数值模拟
雷金春, 金捷
2008, 23(9): 1585-1590.
摘要 PDF(1003KB) icon1839 icon412
摘要:
在落压比3～10,次流相对流量比2.5%～20%工况下,采用RNGk-ε湍流模型对扩张段开缝的激波诱导轴对称气动矢量喷管试验件进行了数值模拟.结果表明:壁面静压分布计算值和试验数据相对误差不大于10.1%.次流的注入使得气动矢量喷管内流流动非常复杂,流场结构的主要特征是在扩张段有一对旋向相反的主分离涡与射流角涡和一个位于次流与出口截面之间较大的回流区.流场结构随着落压比和次流相对流量比的变化而改变.
高超声速钝头体变熵流表面热流计算
蒋友娣, 董葳, 陈勇
2008, 23(9): 1591-1594.
摘要 PDF(630KB) icon1412 icon416
摘要:
采用动量厚度来修正变熵效应的工程算法,并以15°钝锥为例,对其表面热流进行了计算,将计算结果与试验值进行了对比,结果吻合良好,表明该工程算法,方便简捷,计算量小,且有足够精度,可为高超声速飞行器初步设计热环境计算和防热材料的合理选择提供可靠的参考数据.
冲压发动机超声速进气道流动自激振荡研究
刘占生, 张云峰, 田新
2008, 23(9): 1595-1602.
摘要 PDF(1546KB) icon1454 icon494
摘要:
当冲压发动机超声速进气道工作在一定条件下时,会出现自激振荡现象.采用数值模拟方法研究了某超声速进气道结构的自激振荡现象,分析了振荡时进气道内流场的变化过程.研究表明发生自激振荡时进气道中流动产生大幅脉动,造成进气道壁板结构承受周期变化的气动载荷,载荷振荡频谱中包含多个特征频率,其与声模态频率相重合,表明自激振荡现象与声模态的相关性.
二次流喷射位置对流体推力矢量喷管气动性能影响的数值模拟
李志杰, 王占学, 蔡元虎
2008, 23(9): 1603-1608.
摘要 PDF(1073KB) icon1526 icon488
摘要:
数值模拟了二次流喷射位置对基于激波控制的二维收-扩(2DCD)喷管的流体推力矢量气动性能,结果表明喷射位置对矢量角有较大影响,在喷管落压比NPR=4.5时,二次流喷射位置相对位于喷管发散段中部时,矢量角最大;在NPR≥7.2时,二次流喷射位置越靠近出口,矢量角越大.喷射位置对推力系数及流量系数的影响不大.
陶瓷基复合材料高精度宏细观统一本构模型研究
高希光, 宋迎东, 孙志刚
2008, 23(9): 1617-1622.
摘要 PDF(657KB) icon1520 icon433
摘要:
基于高精度通用单胞模型(HFGMC)建立了陶瓷基复合材料(CMCs)的宏细观统一本构模型.首先基于CMCs的细观结构和损伤特点建立代表体元(RVE)并定义细观损伤变量.然后采用HFGMC模型计算细观损伤变量的演化,由此获得宏观应力应变曲线,从而建立了CMCs的宏细观统一本构模型.采用该本构模型预测了CMCs的宏观应力应变曲线,与实验结果吻合良好.结果表明该本构模型能够模拟CMCs的拉伸与损伤行文,为CMCs强度分析提供了有效手段.
孔隙率对多孔陶瓷材料失效强度的影响
袁义云, 宋迎东, 孙志刚
2008, 23(9): 1623-1627.
摘要 PDF(1771KB) icon1730 icon503
摘要:
应用格模型和统计学方法分析了多孔陶瓷材料的失效问题.首先建立了多孔材料宏观力学性能分析的有限元模型,然后使用自适应加载技术对多孔材料单向拉伸失效过程进行模拟,最后根据统计学方法对计算模拟结果进行统计分析.通过三维格模型方便地考虑到了气孔大小、位置分布、气孔率等影响因素,研究表明:脆性多孔陶瓷材料的失效过程表现出一定塑性,气孔位置随机分布引起失效强度的分散性,气孔率越高,材料失效强度越低.
混合数据及未知权值下的维修策略决策方法
李常有, 徐敏强, 郭耸, 王日新, 高晶波
2008, 23(9): 1628-1632.
摘要 PDF(325KB) icon1152 icon434
摘要:
采用模糊偏好规划法从模糊成对比较集中求取各属性的权值,然后应用基于随机优势和模糊数质心距的ELECTREⅢ方法来对备选维修策略进行排序,以确定最佳的维修策略.最后将其应用到航空发动机的维修策略决策中.结果表明,提出的方法能有效地解决混合数据及未知权值下的维修策略决策问题.
基于Bayes-模糊逻辑算子的小子样可靠性信息融合方法
冯静, 周经伦
2008, 23(9): 1633-1636.
摘要 PDF(281KB) icon1445 icon467
摘要:
为了解决航空航天复杂系统可靠性评定中样本量小而导致评估结果可信度不高的问题,引入模糊逻辑算子这一非线性模型对多源可靠性验前信息进行融合,并给出了其参数估计的第二类极大似然(ML-Ⅱ)估计方法,通过仿真示例说明了融合方法的有效性.
分位点形式专家信息的一致性检验方法
马溧梅, 武小悦, 刘琦
2008, 23(9): 1637-1640.
摘要 PDF(350KB) icon1463 icon428
摘要:
给出了分位点形式专家信息的一致性定义;使用假设检验方法构造了统计量,并给出了一定置信水平下检验阈值的确定方法和分位点形式专家信息一致性检验步骤;最后通过算例验证了给出的方法的有效性.
涡轮盘定心衬套失效模式与疲劳寿命研究
马艳红, 刘书国, 洪杰, 董宏联
2008, 23(9): 1641-1646.
摘要 PDF(882KB) icon1786 icon388
摘要:
针对涡轮盘定心衬套的结构特点和各工况下的载荷形式,分析了它的失效模式.确定其寿命消耗主要为在高温、高机械负荷作用下的多轴低循环疲劳破坏.通过建立了高压涡轮转子整体分析模型,模拟定心衬套主要工况下的各种载荷和约束条件;定心衬套工作状态的温度场条件是利用相关冷却气流参数进行稳态对流换热仿真计算得到的.采用弹塑性有限元分析方法,计算中充分考虑了高压涡轮转子主要部件的相互影响,获得了定心衬套主要工况下危险点的最大应力应变循环.根据危险点的计算结果,利用不同的低循环疲劳寿命方程对危险点进行寿命预测,并对得到的结果进行分析和比较.研究结果表明,定心衬套的存在两个危险点,一是冷却气孔边受轴向载荷作用,二是衬套内壁后缘倒角处受径向和轴向载荷作用.
带干摩擦阻尼结构叶片振动响应试验
陈璐璐, 马艳红, 杨鑫, 洪杰
2008, 23(9): 1647-1653.
摘要 PDF(1436KB) icon1621 icon474
摘要:
建立了非旋转状态叶片试验系统,正压力加载方案可实现连续调节并较准确测量接触压力.利用该试验系统,对不同接触紧度,接触角度带冠叶片的振动特性及响应进行测试,结果表明带冠叶片出现了共振频率分叉的非线性现象.通过试验分析叶冠接触面紧度,接触角度等重要参数对带冠叶片振动特性和减振效果的影响规律,结果显示接触角度应根据振型综合考虑接触面间相对运动在切向和法向两个方向分量的比例关系进行选取.
梯形突片气膜冷却特性的实验
陈利强, 杨卫华, 杨成凤, 张靖周
2008, 23(9): 1660-1665.
摘要 PDF(1152KB) icon1523 icon453
摘要:
为了研究突片对气膜冷却的影响规律,设计了3种不同堵塞比的梯形突片,采用红外摄像仪对不同形状突片冷却结构的壁面温度场进行了测试,并对气膜冷却特性的影响规律进行了实验研究.研究结果表明,与无突片的气膜冷却相比,突片的存在大大提高了气膜冷却效率和对流换热系数;冷却效率沿气流方向存在一个最佳吹风比值;对流换热系数在本实验范围内,堵塞比为0.214时气膜冷却对流换热系数最大.
气膜孔形状对导叶冷却效果影响的数值研究
姚玉, 张靖周, 郭文
2008, 23(9): 1666-1671.
摘要 PDF(875KB) icon1514 icon477
摘要:
根据导向叶片的曲面结构,运用剪应力输运方程(SST)湍流模型,针对簸箕形、锥形和缝形气膜孔的流场和冷却特性同圆形气膜孔进行了对比研究.研究结果为:随着冷气入口压力的增加,各种冷却结构的冷却效果也在增加;而在相同的冷气入口压力条件下,各种形状气膜孔的冷却流量和冷却效果不尽相同,在该研究条件下,簸箕形和缝形气膜孔的冷却效果最好,锥形孔次之.
有无内部对流换热对导叶冷却效果影响的数值研究
姚玉, 张靖周, 郭文
2008, 23(9): 1672-1677.
摘要 PDF(1560KB) icon1479 icon414
摘要:
根据导向叶片的曲面结构,运用剪应力输运方程(SST)湍流模型,在不同冷气入口压力条件下,对涡轮叶栅通道内部的三维流场和圆形气膜孔叶片型面的冷却效果进行了数值模拟.计算针对两种情形,即叶片内部有对流换热的情形和无对流换热的情形,结果表明随着冷气入口压力的增加,叶片有无内部对流换热的冷却效果也在增加;有内部对流换热的冷却效果较纯气膜冷却的高,尤其是在叶片前缘.
半封闭肋化通道射流冲击的实验
谭蕾, 张靖周, 杨卫华
2008, 23(9): 1678-1683.
摘要 PDF(1445KB) icon1507 icon431
摘要:
运用红外热像测试技术对半封闭肋化通道单排孔射流冲击进行了热像显示实验,揭示出射流雷诺数、冲击间距、肋型排布方式对传热特性的影响规律,并开展了冲击孔流量系数的研究.结果表明:在本文研究范围内,冲击间距与孔径比Zn/d=1时壁面射流区换热效果最好;V型肋化通道在壁面射流区获得了最佳换热效果;冲击孔流量系数随雷诺数增加而变大;在其它工况相同的情况下,V型顺流肋化通道内冲击孔流量系数最大.
反旋进气盘腔内流动与换热的数值模拟
黄爱霞, 王锁芳
2008, 23(9): 1684-1688.
摘要 PDF(815KB) icon1624 icon397
摘要:
应用RNGk-ε湍流模型对围屏上带反旋喷嘴的径向内流旋转涡轮盘腔内的流动与换热进行了数值模拟,揭示了盘腔内的压力损失及冷气流量、旋转雷诺数、湍流参数等因素对盘腔内流动换热的影响.计算结果表明:盘腔内的流动结构主要由湍流参数决定;在某一旋转雷诺数下盘腔内压力损失随冷气流量的增大而呈现S型变化;反旋喷嘴的应用能有效地降低盘腔内的压力损失;转盘附近的努赛尔数随冷气流量及旋转雷诺数的增大而增大.
进口畸变下非定常数值模拟进口边界数学模型
余春华, 李秋实, 袁巍, 周盛
2008, 23(9): 1695-1700.
摘要 PDF(838KB) icon1359 icon428
摘要:
进口畸变下压气机内存在的不同空间和时间尺度的非定常流动之间的相互作用是进口畸变对压气机性能影响的重要流动机理.介绍了一种用于周向进口总压畸变下单转子通道内非定常数值模拟的进口边界简化模型,并基于该模型进行了三维非定常数值模拟.数值模拟结果显示了进口周向总压畸变的大尺度总压脉动和压气机转子通道非定常分离流场的相互作用过程.该模型为周向进口畸变的三维非定常数值模拟提出了一种简化方法.
轴流压气机对周向总压畸变非定常响应的数值模拟
黄健, 吴虎, 张晓东, 党春宁
2008, 23(9): 1701-1706.
摘要 PDF(2027KB) icon1462 icon411
摘要:
基于给定的进气周向总压畸变谱,应用非定常三维时间精确数值计算的方法,研究了NWPU-1轴流压气机转子对周向总压畸变的响应,初步揭示了其在进气周向总压畸变条件下的失速机理.结果表明,在84%设计转速,进气周向总压畸变使转子性能明显下降,其失速点流量增加了4.1%,效率下降了0.5%.进气周向总压畸变引起侧流,导致叶片负荷的变化,部分叶片的负荷过重,叶顶间隙泄漏涡几乎堵塞了整个通道,某些叶片的前缘出现溢流,最终导致压气机转子失速.
叶片数对微型斜流叶轮性能的影响
陈杰, 黄国平, 梁德旺, 刘玉石
2008, 23(9): 1707-1712.
摘要 PDF(1100KB) icon1493 icon414
摘要:
采用计算流体力学软件NAPA对叶片数不同的跨声微型斜流叶轮流场、性能进行了模拟,研究表明随着叶片数的增加,叶片载荷减小,叶背分离减小,叶片通道内流动改善,但叶片进口低压区域占叶片通道的比例增大,当叶片数增加到一定程度时主叶片不能全程加载.随叶片数的增加叶轮工作特性曲线左移的同时先上移后下移,通过与常规离心压气机最佳叶片数研究结果的对比表明,低雷诺数、微尺度效应及叶片占通道比例大使所研究微型斜流压气机的最佳叶片数略低于已有经验.
一种槽道式处理机匣设计及实验验证
刘历玮, 樊琳, 刘火星, 宁方飞
2008, 23(9): 1713-1717.
摘要 PDF(946KB) icon1525 icon394
摘要:
对实壁机匣的实验转子进行了定常雷诺平均N-S方程(RANS)模拟,考察了实验转子叶尖端区流动状况,并基于转子叶尖端区在设计状态和近失速状态下的若干主要流动特征设计了一个带气室的轴向斜槽式处理机匣.在高速压气机试验台上对处理机匣的性能测量结果表明,设计的处理机匣有很好的扩稳效果,效率损失也可接受.这说明通过对实壁机匣的转子其流动结构的分析和把握、进而完成处理机匣的设计在一定程度上有可行性.
卫星动量轮轴承组件的仿真可信度评估
刘秀海, 邓四二, 滕弘飞
2008, 23(9): 1724-1730.
摘要 PDF(537KB) icon1527 icon428
摘要:
研究了某一卫星的动量轮轴承组件仿真的可信度评估,基于仿真系统与物理试验系统的相似度与仿真可信度之间的关系,采用计算仿真与物理试验输出的相似度评估仿真可信度.确定了动量轮轴承组件仿真与试验输出的相似元,构建了量化其相似系数的函数.对于基于三角模糊数的层次分析法确定各要素影响权重的计算进行了改进.最后应用该方法对某一卫星动量轮轴承组件实例的可信度进行了度量.
考虑表面波纹度的滚动轴承-转子系统非线性动力特性
张耀强, 陈建军, 邓四二, 林立广
2008, 23(9): 1731-1736.
摘要 PDF(1626KB) icon1608 icon452
摘要:
提出了考虑滚动轴承内外圈滚道表面波纹度、Hertzian弹性接触力和径向游隙等非线性因素的滚动轴承模型,建立了滚动轴承-转子系统的动力学微分方程,并用Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解.利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数变化时的滚动轴承-转子系统的分岔、混沌等非线性动力特性.结果表明:外圈波纹度波数与滚动轴承滚珠数目相等时,转子系统会产生强烈振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔;内圈波纹度引起的振动频率与波数有明确的函数关系.
提高氧泵诱导轮汽蚀性能的方法研究
唐飞, 李家文, 夏德新, 金志磊, 贾建新
2008, 23(9): 1743-1747.
摘要 PDF(445KB) icon1674 icon420
摘要:
利用计算流体力学(CFD)技术对某氧泵诱导轮进行了入口壳体开槽的汽蚀性能的研究,分析和采用了双圆弧进口方案.在流场计算研究中,分析了无汽蚀条件下叶片前缘的负荷,然后进行了诱导轮汽蚀性能的计算.流场计算结果表明,采用的改进方案在保证扬程和效率基本不变的情况下,能够很大程度上降低叶片前缘负荷,提高诱导轮汽蚀性能.
一种航空发动机性能监控的免疫神经网络模型
侯胜利, 王威, 胡金海, 周根娜
2008, 23(9): 1748-1752.
摘要 PDF(1551KB) icon1453 icon462
摘要:
提出了一种基于免疫神经网络的航空发动机性能监控与故障检测模型.利用人工免疫系统的识别机理,并结合人工神经网络,确定发动机性能偏离正常值的程度(异常度),实现发动机性能趋势的监控.该方法能够灵敏、准确地反映发动机整体性能的变化情况,提高发动机性能正常与否的识别率,并以此来发现发动机潜在早期故障,防止故障的扩大.通过对某型涡扇发动机进行监控,证明该方法确实有效.
大飞机动力
旋转机械故障诊断的灰度-基元共生矩阵方法研究
窦唯, 刘占生, 马晓峰
2008, 23(9): 1609-1616.
摘要 PDF(2743KB) icon1432 icon455
摘要:
研究了基于灰度-基元共生矩阵的故障诊断方法,该方法利用图形的灰度空间分布情况和描述纹理的纹理基元法结合起来提取和挖掘旋转机械振动状态参数图形特征,可以有效地提取图形中纹理特征信息,直接利用BP人工神经网络实现旋转机械故障诊断。在600MW模化汽轮机转子试验台上进行了转子正常、转子不平衡故障、转子不对中故障及轴承松动故障的试验,诊断结果表明可以获得较高的诊断精度.
首届试验仿真与数据挖掘测试与分析会议（624）
爆震管同一截面处压力测量试验
张彭岗, 何小民, 张靖周
2008, 23(9): 1654-1659.
摘要 PDF(1309KB) icon1666 icon392
摘要:
为得到爆震管内同一截面上压力波的分布特性,在60mm×60mm×2000mm方爆震管内,用乙炔(C2H2)和空气混合物进行了单爆震研究.在距离封闭端1400,1600mm两个截面的不同位置处分别安装4个高频响压力传感器测得压力值.实验在光滑爆震管和安装扰流器的爆震管内分别进行,结果表明:①同一截面的压力波大小并不一样,安装扰流器的爆震管内得到充分发展的爆震波,且爆震波不是一个平面波;②壁面处压力波的压力大于爆震管道中间压力.
叶轮机械
压气机内有效滞止压力概念及其应用探索
侯安平, 阙晓斌, 熊劲松, 周盛
2008, 23(9): 1689-1694.
摘要 PDF(658KB) icon1224 icon425
摘要:
提出了有效滞止压力的概念来综合考虑流体微团速率与方向对其做功能力的影响,并结合风扇/压气机内部流动的设计要求,从工程应用层面给出了有效滞止压力和压差系数的定义.初步结果表明,有效滞止压力的应用可以更好地反映流动方向对叶轮机非定常流场的影响,并使得流场性能参数对流场质量的变化更敏感,对于合理分析非定常流场是有益的.
动力传输
调整参数误差对齿面接触质量的影响
唐进元, 卢延峰, 周超
2008, 23(9): 1718-1723.
摘要 PDF(1762KB) icon1367 icon432
摘要:
从齿面接触分析(Toothcontactanalysis,TCA)内含的啮合信息分析机床调整参数误差对齿面接触质量的影响,研究机床调整参数误差与螺旋锥齿轮齿面接触分析之间的关联规律.以SGM(螺旋锥齿轮,大轮展成法,小轮变性法加工)调整卡加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,分析得到各个调整参数误差引起的齿面接触质量的变化规律.在此基础上,确定对齿面接触质量有较大影响的机床调整参数.
火箭发动机
氢/氧气-气喷注器冷流掺混与燃烧比较的仿真研究
汪小卫, 金平, 杜正刚, 蔡国飙
2008, 23(9): 1737-1742.
摘要 PDF(760KB) icon1612 icon423
摘要:
分别采用无化学反应的和带化学反应的湍流N-S方程描述发动机内流动过程,对气-气同轴剪切式单喷注器进行了冷流掺混和燃烧的仿真.其中化学反应速率由Arrhenius公式计算,采用9步详细反应动力学模型来描述氢氧反应.对典型冷流和燃烧仿真结果进行了比较,结果表明燃烧掺混速率明显小于冷流掺混速率;并对同轴喷注器关键参数对冷流和燃烧掺混的影响进行了仿真和分析比较,得到速度比、缩进量和喷注流量的影响是一致的,而喷注速度的影响是相反的.

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