加热平板表面温度分层产生的湍流逆转捩现象

针对加热平板表面密度分层结构中的逆转捩现象,在二元风洞中进行了系统的实验研究。对局部加热的水平平板下表面边界层内的时均速度的演化规律进行了详细的测量,同时对速度脉动信号以及速度能谱进行了分析,并对边界层内的波动特性进行了研究。这些参数体现了边界层逆转捩过程中流动特性的变化规律,揭示了密度分层结构中逆转捩现象发生的机制。在实验中对比了局部加热平板表面的边界层与无温度梯度情况下自然形成的湍流边界层的特性。发现在加热的情况下,边界层的形状因子由1.5上升至2.6;时均速度廓线中的平衡湍流层消失;以及速度能谱中惯性子区消失等变化。在实验中还发现加热平板表面速度信号中出现了间歇现象。实验结果表明板面附近的流动已由湍流流动转变为层流流动,同时平板表面的摩擦系数较没有温度梯度时有大幅度下降,不仅证明了边界层逆转捩现象的存在,也说明了这种条件起到了减阻的效果。     

用于线性波动方程的高精度显式差分算法性能分析

研究了一类低耗散、低色散的高阶精度显式有限差分方法,目的是直接计算非定常的线性波动问题.空间离散采用DRP类的七点四阶精度优化中心差分格式,给出了两种降低色散误差的优化方法;时间积分用四阶精度龙格库塔方法（RK4和LDDRK）.分析比较了3种空间离散格式的有效波数范围、各种全离散格式的耗散和色散误差特性、波的长距离传播计算时格式的累积误差特性,对这类格式的运用提出了建议.     

飞行器结构热防护模拟计算

根据空天飞机的头锥部驻点的热流密度Qws以及飞机头部热流密度的分布和飞机头部热流密度的分布确定防热层结构和厚度、冷却层结构和冷却气体的压力、流速等具体参数,并计算出飞机头锥部蒙皮内部各点温度分布。     

机电气一体化抓吸双功能实验装置

以MOTOMAN工业机器人为平台,设计了集机电气一体具有抓取和吸附双功能的机械手实验装置。详细介绍了其实验设计方案、气动系统设计及PLC控制系统的设计。实现了将分离的两种拾取功能机构有机地组合到一套装置中,即机械手的抓取和吸盘的吸附两种动作,充分发挥了机构的多重效能。该实验系统在高校气动控制技术、数控技术、机电一体化技术、可编程序控制器、机器人技术等多门课程中应用,取得了良好效果。     

用于波动方程计算的高阶精度紧致差分方法

研究低耗散低色散的高阶精度紧致差分方法,目的是直接模拟非定常的波动问题.空间导数采用七点六阶以上精度的紧致差分逼近,研究3种空间离散格式：一个通过降低色散（相位）误差得到优化格式CO6,以及标准的五点六阶紧致格式C6和七点八阶精度紧致格式C8;时间推进采用2种四阶精度的Runge-Kutta方法（RK4和RK46）.分析比较空间离散格式的有效波数范围、空间-时间全离散格式的误差特性、长距离波传播计算时的累积误差特性.通过对全离散格式的误差等特性的分析比较,对这类格式的应用提出建议.最后,通过流体波动问题算例,验证了该格式计算波动问题的高精度特性.     

基于滑模与状态反馈模糊加权控制的气动伺服焊枪柔性接触研究

在焊枪电极接近运动过程中,期望接近速度大且在接触面附近快速降速以减小接触时的冲击力,实现一种柔性接触,对于提高焊接的效率和质量具有很重要的作用. 滑模控制虽然能有效降低焊枪电极接触力,但所用时间较长. 本文将基于模糊逻辑的滑模与状态反馈加权控制运用到气动伺服焊枪系统中,在建立系统模型的基础上设计滑模切换函数和滑模控制律,通过极点配置的方法设计状态反馈控制器,之后基于模糊控制设计滑模与状态反馈模糊加权控制器,最后通过实验验证提出的控制策略. 实验结果表明设计的控制器控制效果优于最大量控制和滑模控制,可有效实现柔性接触.      

汽车外流场分析以及流线型改进

以某一微型汽车为原型,进行了汽车三维外流场气动特性数值模拟研究。通过对原车与改进流线型车在不同速度下的压力场的分析,以及对气动阻力值的比较,发现正常行驶速度20 m/s以及极限行驶速度50 m/s下,改进流线型车的压力分布都得到了有效改善。汽车的气动阻力在20 m/s时减阻率为6.67%,在50 m/s时依旧能减阻4.55%。改进后的汽车可以有效降低汽车气动阻力值,提升汽车的动力性和燃油经济性。     

大跨度平行双幅桥面颤振性能干扰效应

以某大跨度平行双幅桥为背景,基于弹簧悬挂节段模型风洞试验和二维三自由度颤振分析理论,分析了叠合梁断面和箱梁断面两种常用桥梁断面形式的双幅桥的颤振性能及颤振驱动机理。研究表明,叠合梁断面双幅桥具有明显的攻角效应,0°攻角时双幅桥的颤振性能大幅降低,但大攻角下气动干扰效应对其颤振性能影响不大;而箱梁断面双幅桥的攻角效应并不明显,各攻角下其颤振临界风速比单幅桥均降低20%～25%。气动干扰效应不仅会降低颤振临界风速,还会使得桥面的颤振形态发生改变;两类断面的颤振驱动机理并不相同,气动干扰也致使上下游桥面的颤振驱动机理发生改变。     

钢箱梁疲劳裂纹气动冲击法维修效果评估

以实桥疲劳裂纹为研究对象,从应力和应力强度因子角度评估气动冲击维修方法的现场实施效果.对维修前后疲劳裂纹尖端附近的应力分别进行24 h数据采集,并采用雨流计数法,探讨裂纹尖端应力幅的变化规律.结合应力强度因子测试理论,对比研究裂纹尖端应力强度因子幅的变化规律.研究结果表明:本测点疲劳裂纹为典型的Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,维修后疲劳裂纹尖端张拉和剪切应力幅均得到有效降低,改善了裂纹尖端受力条件.高应力强度因子幅的循环次数显著降低,表明气动冲击维修技术对于制约复合型裂纹扩展具有良好效果.     

基于气动减阻和散热需求的主动格栅优化设计

主动进气格栅可通过控制车辆前端进气开口面积提升燃油经济性。不同车辆行驶工况下的格栅转角和风扇转速控制是主动格栅研究中的一大难点。首先结合风洞试验与数值仿真验证了计算流体力学模拟与发动机冷却系统一维模型的精度,其次通过最优拉丁超立方抽样和神经网络拟合方法构建了主动格栅转角、冷却风扇转速、车速与阻力系数、冷却风速间的近似模型,将其输入至冷却系统模型中,根据实时的发动机冷却需求提供空气流量,并选择阻力系数最小的转角组合进行控制,最终可实现在不同环境温度下使循环工况燃油降比在0.6%～0.7%。