出口锯齿修形对轴对称喷管雷达散射截面的影响研究

为了研究出口边缘锯齿修形对轴对称喷管边缘绕射场和腔体内部散射场的影响,以轴对称喷管为基准模型,对其出口边缘进行8种不同齿角的锯齿修形,齿数均为12,采用迭代物理光学法和等效边缘电磁流法研究分析了基准喷管模型和8种出口锯齿修形喷管模型的边缘绕射场和腔体散射场的电磁散射特性。结果表明:对出口边缘进行锯齿修形可有效降低喷管全局探测角范围的绕射场雷达散射截面(RCS),且修齿齿角越小,效果越明显;但出口边缘锯齿修形对降低喷管腔体散射场RCS无明显作用。     

喷口修形对二元喷管红外特征影响的数值研究

为降低排气系统的红外特征,以轴对称喷管为基准,设计了一种出口宽高比为4∶1的二元喷管;并对二元喷管出口型面进行不同尾缘修形。在商业软件中计算了二元喷管的温度场、速度场、压力场和组分浓度场的分布,采用自主开发的红外软件NUAA-IRSE,用反向蒙特卡罗法计算各喷管的红外辐射特征;并与基准轴对称喷管的计算结果进行对比。计算结果表明:二元喷管及对其尾缘修形后,遮挡了部分排气系统内部的高温部件,强化了尾喷流的掺混,在大部分探测方向上抑制了排气系统的红外特征;在喷管推力系数下降小于2%前提下,尾喷流红外最大降低36%,高温壁面红外最大降低28%。     

锯齿化进气道口面电磁散射影响分析

为研究锯齿化对电磁散射的影响,以两种飞翼布局为基础,建立了直线型、锯齿化进气道口面飞行器模型;采用物理光学法,数值计算了各模型在不同状态下RCS曲线,研究了锯齿化的散射分布影响及RCS减缩值的俯仰角、频率响应特性。结果表明：锯齿化进气道口面可有效降低头向、后向散射波峰,并影响其他角域波峰分布情况;俯仰角增大时,锯齿化RCS减缩值呈震荡递减趋势,不同布局不同角域上表现各异,幅值影响为10~30 dB;频率增加时,锯齿化RCS减缩值呈震荡变化,幅值影响为5~25 dB之间;锯齿化对不同布局的电磁散射影响不同,其中布局A头向30°角域的隐身性能提高最为明显,减缩值为20~30 dB。     

外形修形对球面收敛矢量喷管RCS的影响

航空发动机是飞行器后向电磁散射的主要贡献源,对其采用雷达散射截面积缩减措施能够有效地提升飞行器后向隐身性能。球面收敛矢量喷管能够满足新一代战斗机对于机动性和隐身性的综合需求。基于迭代物理光学法,研究了对喷管扩张段进行不同角度斜切、修齿后球面收敛矢量喷管的后向雷达散射截面积分布。研究结果表明：斜切在俯仰平面上的RCS缩减能力较强,斜切角度为30°具有最佳的RCS缩减效果;修齿修形能够在两个探测面均体现较好的RCS缩减能力,发动机出口齿角为100°时具有最佳的RCS缩减效果;对航空发动机进行外形修形需要在飞机设计阶段进行综合考虑。     

一种直接计算目标双站RCS的图形电磁计算方法

提出了一种结合图形电磁计算直接计算目标双站RCS的新方法。通过读取物体表面相对于入射方向和相对于散射方向的深度值,完成了对能产生散射场和绕射场的面和棱边的识别;修正了几何绕射场存在物理光学重复计算的问题,引入了物理绕射系数和等效电磁流相结合的方法。实例表明本文方法计算结果与文献结果吻合,从而证明本文方法的有效性。     

复杂目标RCS可视化电磁计算方法的改进

复杂目标的电磁散射主要来源于面元及棱边,在照明区与阴影区交界处,相位出现快速变化,给图形电磁计算带来计算误差。棱边散射场计算中,单站增量长度绕射系数较简单,计算精度低。文章在不改变反射系数情况下,使用驻相法消除奇变效应。提出将等效电流绕射系数、物理光学绕射系数及并矢绕射系数,应用于棱边散射场图形电磁计算。从而提高了RCS计算精度。该方法对我国的隐身与反隐身技术及仿真技术的研究,具有重要的实用价值。     

复杂涂敷目标的RCS计算

给出了一种快速计算复杂涂敷目标散射场的方法。将复杂目标电磁散射分成面元和边缘散射,运用物理光学(PO)、阻抗边界条件(IBC)、等效电流(EM C)和物理绕射理论(PTD)对复杂目标雷达散射截面(RCS)进行计算,并将计算结果与文献结果及无涂敷纯金属目标的RCS进行对比分析,结果与文献及预期估计情况吻合较好,表明该方法不仅计算简单,而且结果也较为精确。     

火焰稳定器外环修形对发动机排气系统雷达散射特性的影响

为了缩减航空发动机排气系统的RCS,设计了两种火焰稳定器外环修形结构,利用高频计算方法弹跳射线法获取了火焰稳定器外环修形对发动机排气系统在X波段10GHz频点下雷达散射特性的影响。结果表明：(1)修形结构改变了照射在火焰稳定器外环的雷达波的散射方向,降低了火焰稳定器外环的热点强度,消除了火焰稳定器外环的角反射器特征。(2)在水平探测面-26°～-16°与16°～26°范围内,火焰稳定器外环修形对排气系统的RCS具有明显的缩减效果,减小修形角度,会提升对排气系统RCS的缩减效果。(3)随着俯仰角的增加,火焰稳定器外环修形对发动机排气系统的RCS缩减效果有所提升,对排气系统水平极化与垂直极化RCS均值的缩减效果最大可达27.5%与37.4%。     

座舱隐身对常规战斗机电磁散射特性的影响

座舱是常规战斗机前向的重要散射源,为研究其散射特性,提出座舱隐身措施的电磁散射影响分析方法。基于某型常规战斗机,建立常规、隐身座舱的战斗机电磁模型,采用物理光学法计算多种状态的雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析RCS曲线分布特点、电磁散射的俯仰角和频率响应特性。结果表明:座舱隐身措施明显降低了前向腔体散射,使散射曲线前向波峰消失而向内收敛;俯仰角在一定范围内时,采用隐身座舱后,RCS前向均值约为-20 dBsm(入射频率6 GHz),相对减缩值随俯仰角呈“W”形分布,俯仰角为0°时达到最大值19.788 7 dB;频率增加时,前向RCS均值逐渐降低,而相对减缩值震荡变化,最大可达24.667 4 dB;其余角域上,俯仰角和多频响应特性相对较弱;座舱隐身措施可同时改善常规战斗机前向角域上的不同俯仰角、多频隐身性能。     

复杂飞行器RCS快速预估的方法

对整机雷达散射截面(RCS)进行快速预估分析.将军用飞行器散射总场分成两部分进行估算,对于机体表面单元散射场贡献采用电磁场的高频模拟计算方法即物理光学算法(PO),对于机体外延及面相交部所形成的棱边绕射场贡献采用改进的等效电磁流(IMEC)算法分析.为了验证该算法的有效性,完成了对两种飞行器目标模型RCS的模拟计算.模拟结果与暗室实测结果对比,表明该算法可以满足工程估算要求.     

采煤机喷雾嘴内流场的数值模拟

为了改善采煤机灭尘、降尘效果,利用Pro/Engineer建立采煤机喷雾嘴的三维模型,选用标准k-ε湍流模型,通过ANSYS/FLOTRAN CFD模拟了喷嘴结构参数对内流场的影响。仿真结果表明：随着喷嘴出口直径和旋芯中心孔直径的增大,出水口的流速也增加,但雾化分散锥度角变小;螺旋孔螺旋角增大,雾化分散锥度角也增大,但出水口的流速降低。该研究明确了喷嘴结构参数与其内部流场的关系,可为喷嘴结构的参数选择和优化设计提供依据。     

渐缩型气动喷砂喷嘴冲蚀模拟分析

为研究气动喷砂枪喷嘴喷射颗粒对自身造成的冲蚀磨损情况,通过选取渐缩型气动喷砂喷嘴为研究对象,运用CFD软件对其内部流场及颗粒运动特性进行模拟分析;通过改变收缩角度、颗粒粒径及颗粒质量流率进一步分析影响喷嘴冲蚀速率变化的规律。结果表明:喷嘴的冲蚀区域主要集中在收缩段及收缩段与出口段交界面处;以收缩角度为30°、45°、60°的喷嘴为例,随收缩角度的增加,冲蚀区域出现"逆向发展";随颗粒粒径的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈现先下降后上升的"U"形变化趋势,且其最低点所对应的粒径与收缩角度成反比;随颗粒质量流率的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈上升趋势,但并未呈现线性关系。     

推力矢量喷管设计与气动特性分析研究

二元矢量喷管结构简单,隐身特性好,在多种隐身飞机上得到了应用。本文发展了一种“圆转方”二元喷管型面设计方法,基于此方法设计了二元喷管和两型矢量喷管,一型通过二元喷管壁面几何偏转实现,另一型由塞式中心体偏转实现。数值模拟了“圆转方”喷管以及这两型矢量喷管的内外流场,对其推力系数、流量系数、有效推力矢量角等性能参数进行了计算和分析对比,给出了对二元矢量喷管设计具有参考价值的推力矢量角的影响因素及其影响规律。     

过冷度对喷嘴效率影响的测试研究

为研究流体过冷度对喷嘴工作性能的影响,研制了两相流体混合速度的测试装置.基于动量定理,测定两相流体的质量流量和冲击力,从而得到质量平均的流体混合速度.利用R410A制冷系统实验台,实验研究了制冷剂过冷度对喷嘴出口流体混合速度及喷嘴能量转化效率的影响.实验表明:随着入口制冷剂过冷度的提高,喷嘴的通过质量流量逐渐增加;同时,制冷剂过冷度的提高使喷嘴出口流体混合速度及喷嘴转化效率明显下降;在实验工况下,喷嘴进口为饱和制冷剂时,2#喷嘴出口制冷剂混合速度达到了94.1 m/s,喷嘴转化效率为64.1%;当制冷剂过冷度由饱和状态增至11℃时,2#喷嘴出口流体的混合速度降低35.7%,喷嘴转化效率降低33.9%.     

船用燃气轮机红外抑制器的实验研究

采用可调节高度的支架,针对船用燃气轮机红外抑制器的喷管与混合管间距对抑制器引射性能的影响进行了热态实验.同时,实验了不同收缩比的喷管对其引射性能的影响,测量了抑制器出口截面直径方向上的压力和温度分布以及主流入口静压.结果表明:热态情况下喷管和混合管间距与混合管直径的比值a/D=0.875左右时,抑制器出口中心区排气温度最低.减小波瓣喷管出口与入口截面积比值（收缩比）Aout/Ain,有利于降低抑制器排气温度,但也将增大抑制器的阻力.     

气体钻井牙轮钻头井底流场特性分析

基于CFD 技术,通过建立井底流场计算模型,运用数值模拟的手段,对气体钻井的三牙轮钻头井底流场进行
了数值模拟,并分析了喷嘴侧倾角、前倾角和后倾角对井底流场的影响。结果表明：三喷嘴不同侧倾角设置比相同侧
倾角设置更利于井底清岩;三喷嘴复合前倾角比复合后倾角的井底清岩能力更强,但对牙轮切削结构的清洗效果较
差;在不改变气体排量的情况下,通过三喷嘴混合复合前倾角和后倾角的方式,可以在保证一个相对较好的井底清岩
能力的情况下,提高射流对牙轮切削结构的清洗能力和环空的携岩能力。分析结果为气体钻井系列牙轮钻头的设计、
评价以及现场气体钻井的技术措施提供了理论指导。     

添加Al2O3--ZrO2复合粉改性氧化锆质定径水口及其损毁机理

通过添加溶胶-凝胶法制备的Al2O3-ZrO2复合粉,对陶瓷型和颗粒型氧化锆质定径水口进行改性.对比研究了陶瓷型和颗粒型定径水口改性前后物理性能,矿物相组成和显微结构的变化,并通过现场连铸实验对四种定径水口损毁机理进行了探讨.结果表明:相较于颗粒型定径水口,陶瓷型定径水口的显气孔率较低,体积密度和耐压强度较高,热震稳定性较差,抗侵蚀和冲刷性能较好.通过添加Al2O3-ZrO2复合粉改性后的定径水口显气孔率降低,体积密度增加,耐压强度提高,颗粒型定径水口的热震稳定性有了较大的提升,热震次数约为改性前的1.5倍以上.通过对连铸现场实际使用35 h后的残样分析发现,陶瓷型水口损毁主要是由于热震稳定性差导致使用时发生炸裂,炸裂产生的裂纹引起一定程度的剥落和扩径.未改性颗粒型定径水口由于强度低和显气孔率高,剥落和扩径更为严重,添加Al2O3-ZrO2复合粉改性后生成的镁铝尖晶石增强相大幅度提高了颗粒水口的热震稳定性和抗冲刷侵蚀性能,连铸现场使用后几乎未扩径.     

基于响应面法的油田蓄热式加热炉燃烧器优化设计

为提高水套加热炉热效率,降低污染物排放浓度,设计适用于油田水套加热炉的蓄热式燃烧器,并确定最优结构参数。基于响应面法采用三因素五水平的中心复合试验设计和岭嵴分析方法,通过数值模拟分析加热炉燃烧器燃料气喷口与二次空气喷口之间相对高度、二者之间径向距离和二次空气大直径喷口间夹角三因素对辐射管内NO浓度的影响机制,确定燃烧器最优结构参数。结果表明:二次空气大直径喷口间夹角的变化对响应值的影响最为显著,较小的夹角能够获得更均匀的温度分布和更低的NO排放浓度(体积分数);采用优化后燃烧器的加热炉NO浓度明显降低,理论热效率也有一定提高。数值模拟结果与建立的响应函数模型预测值基本一致,采用响应面法优化水套加热炉蓄热式燃烧器结构的方法是可行的。