摘要：本文设计了一种水下无源流体推力矢量喷管,仅通过控制二次流阀门开闭,即可使主射流上下侧产生压差并发生偏转,但推力矢量角控制规律中的“突跳”和“迟滞”等非线性问题限制了该技术的工程应用。采用染色液流动显示技术和粒子图像测速技术,研究了喷管不同横向截面和纵向截面主射流附壁、离壁时的流动特性。研究结果表明:喷管内部存在剪切层旋涡、尾缘倒吸和分离泡等流动结构,同时近壁面存在横向流动,角区存在“角涡”结构。流动结构之间的相互作用规律,为解决推力矢量角控制规律中的“突跳”和“迟滞”等非线性问题提供了物理模型基础。

摘要：针对高超声速进气道前缘"Ⅳ型"激波干扰产生的气动加热与结构传热多物理场耦合计算问题,发展了一种基于有限体积法的流-热-固一体化计算方法。该方法采用一体化控制方程组统一离散求解外部高速流场与内部结构温度场,规避了传统分区耦合算法在时间域内交替迭代的繁琐数据交换策略。另外,提出一种新的双温阻模型计算流-固交界面的物性参数以保证计算准确性,采用LU-SGS隐式时间迭代和自适应时间步长以提高计算效率。采用经典高超声速二维圆管流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,计算结果与试验值和参考文献数据吻合较好,证明了该方法的可靠性和正确性。利用一体化方法对高超声速前缘"Ⅳ型"激波干扰流-热-固耦合问题进行定常/非定常计算与分析,给出了温度与热流的时变特性,计算结果表明,激波干扰作用产生的超声速"喷流"不断冲击壁面,使得壁面最大压力系数增大约9倍,壁面最大热流增大约4.7倍,给高速飞行器的热防护设计与选材带来严峻挑战。同时,也表明了一体化计算方法可以较好地用于长航时飞行条件下与复杂飞行环境下的高超声速热防护系统的热环境特性分析与综合性能评估。

摘要：为解决高雷诺数下大涵道比发动机自然层流短舱高维优化设计问题,提取短舱3个基准面实现轴对称自然层流优化设计。通过获得较大范围层流区域,从而降低短舱表面摩擦阻力。采用类别形状函数(CST)参数化、γ-Reθt转捩模型和遗传算法建立自然层流(NLF)短舱自动优化流程。表明通过优化短舱基准面建立三维NLF短舱设计方法的可行性。进而通过CATIA二次开发构建三维非轴对称NLF短舱,解决了基准面优化后大量数据点的高效导入和曲面生成问题。针对设计的非轴对称NLF短舱,进行了设计点附近迎角、侧滑角、来流马赫数以及湍流度的转捩敏感性分析。结果表明:跨声速状态下,迎角增大层流范围减小;来流马赫数增大层流范围扩大;侧滑角和湍流度对层流范围影响很小。

摘要：大涵道比涡扇发动机短舱摩擦阻力大,高雷诺数下通过自然层流技术(NLF)减小短舱表面摩擦阻力是降低短舱总阻力的一种有效措施。为了提高气动优化效率,发展了一种进化/确定性混合优化算法,并结合六阶形状类别变化函数(CST)参数化方法和γ-Re_(θt)转捩模型,对高雷诺数几何约束下的轴对称短舱进行自然层流优化设计。为了分析层流范围的变化规律,对设计的轴对称层流短舱开展了局部几何控制参数、流量系数(MFR)和马赫数(Ma)的敏感性研究。结果表明:混合优化算法能够显著提高优化效率,并成功应用于短舱气动外形优化中。在单变量几何参数影响下,短舱外形头部区域对压力分布和层流范围的影响最为显著,是层流设计的重点关注区域。流量系数和马赫数的变化使得层流范围波动较大,设计的短舱在设计点 MFR=0.7和 Ma=0.85附近,能够保持20%以上范围的层流。

摘要：流体推力矢量喷管型面固定、活动部件少、结构重量轻,能够为高机动飞行器提供有效的飞行控制手段,但无源流体推力矢量喷管热喷流的偏转控制规律尚未完全掌握。为了推进无源流体推力矢量技术的实用化,本文设计研制了适用于微型涡喷发动机的耐高温喷管模型,对该喷管在微型涡喷发动机热喷流状态下的控制规律进行研究。利用非接触光学显示和测量手段——红外热成像拍摄和粒子图像测速(PIV)技术对主射流流动特性进行研究,获得流动矢量角随二次流控制阀门闭合度变化的控制规律;利用六分量盒式天平测力实验研究无源流体推力矢量喷管的力学特性,获得推力矢量角随二次流控制阀门闭合度变化的控制规律。研究结果表明:该构型喷管在微型涡喷发动机热喷流下主射流连续可控偏转,最大流动矢量角为-12.3°/12.3°,最大推力矢量角为-12.9°/12.8°,控制规律接近线性,不存在主射流偏转突跳问题。

摘要：由于飞翼布局飞行器取消了垂尾,其航向控制困难。为辅助和优化航向控制,基于射流控制技术设计了多种激励方案。设计并制作了航向射流控制激励器,通过风洞测力实验和二维数值模拟,对各方案的控制效果和作用机理进行分析,并选取出最优控制方案。研究结果表明:相同射流动量系数下,产生阻力比施加推力更容易获得偏航力矩。当激励开启后,射流包含与来流相逆的分量越多,与来流作用越明显,形成的分离区越大,控制效果越好。其中前对称吹气为最优控制方案,可以产生约70°阻力舵偏转效果,且力矩耦合程度较小。

摘要：激波流场反设计技术是高超声速乘波布局设计领域的核心技术之一。为了克服传统吻切理论在设计全三维曲面激波流场时的缺陷,本文提出了一种基于三维特征线理论的设计方法。该方法构造了一种包含四条马赫线和一条流线的三维基本单元,发展了用于设计曲面激波流场的阵面推进方法及并行加速方法。通过对Euler方程中微分算子进行特征分解,重构了流场的控制方程,并提出了适用于求解该控制方程的Tikhonov-Lagrange拟合法,实现了三维流场的稳定求解。利用提出的设计方法,分别对高马赫数圆锥激波流场、椭圆锥激波流场、小攻角来流下的圆锥激波流场及由Bezier曲面描述的一般性曲面激波流场算例进行了设计,并与数值模拟结果进行了对比。计算结果表明,当前设计方法实现了对横向压力梯度及攻角引起的三维流动效应的合理求解,其中典型截面的壁面压力及马赫数分布与数值模拟结果相比误差分别小于0.3%和1.7%,且具有较高的并行效率。该设计方法拓展了特征线理论在全三维激波流场反设计领域的应用范围,在高超声速全三维乘波布局设计领域具有重要发展前景。

摘要：为了获得旋转导弹模型表面复杂的压力变化,设计了一套嵌入式无线压力测量系统,该系统能够以1kHz的采样频率对8个压力通道进行同步采集。该绝对压力测量系统的量程为30PSI,静态测量误差小于5/10000;在连接10cm的测压软管后,系统的动态延迟小于1.16ms,信号幅值衰减小于1%。利用该嵌入式的无线测压系统,在高速风洞中开展了模型表面压力测试,对旋转导弹模型的关键区域多点的表面压力进行了测量,获得了表面压力的动态特征。结果表明:所提出的非定常表面压力测试技术可同步多点测量旋转导弹模型表面压力,为开展相关旋转模型气动特性风洞试验提供了一种有效的非定常表面压力测试手段。

摘要：为确定排架设计参数对低速风洞流场校测中方向场局部气流偏角的影响,采用数值模拟与试验对比验证的方式进行了研究,证明当前所采用的方法能够对排架设计参数进行有效评估。采用该数值模拟方法,针对排架的阻塞度、偏离试验段轴线距离、安装角度以及方向场探针的长度等参数,对局部气流偏角测量的影响进行了分析,得到了影响规律,并建立了影响模型。结果表明:排架的阻塞度、排架偏离试验段轴线距离以及方向场探针的长度对局部气流偏角的测试影响明显;如排架气动尺寸或测试方法设计不当,将导致测试结果与真实结果差异较大,得到错误的风洞方向场品质的评估结果。

摘要：利用中国空气动力研究与发展中心(CARDC)0.6 m连续式跨声速风洞试验平台,分析了试验段噪声源产生及回路传播的机理,对压缩机尾罩和第四拐角段进行声学处理以降低来流噪声,并采用风洞二喉道节流状态运行抑制试验段下游噪声的前传,有效屏蔽了回路噪声对试验段的影响。据此开展了试验段不同通气壁型式、不同设计参数的主动降噪方案优化设计及其对比试验研究,获取了较优的试验段壁板设计方案,最终实现了风洞试验段气流压力脉动系数低于0.8%的噪声设计指标要求。