基于流固耦合的柔性翼型动态失速特性研究

为了研究柔性翼型在动态失速下的气动性能及其优势,从流动控制的角度,采用流固耦合数值模拟方法研究了具有被动大变形能力的柔性翼型动态失速特性并与传统的刚性翼型进行了比较.首先,对柔性翼型在不同减缩频率下的气动特性进行了研究,得到了减缩频率对柔性翼型气动特性的影响规律,同时定量比较了刚性翼型和柔性翼型的升阻力系数随攻角、减缩频率的变化规律.其次,从俯仰震荡翼型的涡量场、流线以及结构响应等角度揭示了柔性翼型在动态失速现象中依旧具有良好气动特性的关键物理机制.研究结果表明,在高减缩频率下,柔性翼型具有低阻力的特征,气动性能显著优于刚性;柔性翼型的被动变形可以抑制翼型表面涡旋的生成从而优化气动特性.     

跨声速风洞翼型动态失速实验系统研制

为满足旋翼设计的需要,研制了增压连续式跨声速风洞二元试验段翼型动态失速实验系统。开发了相应的测控系统,设计并安装了机械驱动机构,建立了数据采集及其后处理系统。动态试验测控系统的测量部分与控制部分相互独立,且与风洞主控系统、安全联锁系统等互不影响,可单独工作,安全性高,抗干扰性能好。机械系统设计合理,运动轨迹精确,该机构以平均迎角0°振幅10°,振荡频率2Hz运行时,最大迎角误差为±0.809°,平均迎角误差为0.255°,振幅均方根误差为0.325°,满足翼型动态失速实验的要求。数据采集采用多路并行A/D,其同步性能好,避免相差。在风洞实验系统联调中使用了NACA0012翼型模型,通过在翼型表面安装动态压力传感器,测量Ma=0.3,平均迎角为10°, 振幅为5°,减缩频率分别为0.05,0.03和0.01下,翼型表面脉动压力。其结果表明,实验系统在大动压,不同频率下,运行稳定,数据合理可靠,实现了设计要求。     

爆炸荷载作用下弹性薄板的动态响应

利用弹性理论和近似方法分析了四边简支弹性薄板在爆炸荷载作用下的动态响应历程.根据薄板运动微分方程和爆炸荷载的特点,从理论上求解了薄板运动各力学参量.结合量纲分析理论,对30种不同的工况进行了计算,最后建立了较合理的工程计算模型.模型拟合结果与理论计算结果吻合,可作为工程计算的参考.     

几种仿生翼型动态失速特性的数值分析

为提高叶轮机械运行的稳定性,常需要设计获得一种具有高升力特性和良好稳定性的翼型。受自然界中具有不同飞行特性的鸟类翅膀的启发,本文首先以海鸥、雀鹰、长耳鸮、水鸭4种鸟类为仿生对象,对沿翅膀展向40%截面位置处的翅膀轮廓形状进行仿生重构,获得4种仿生翼型。然后,对4种仿生翼型的动态失速特性进行数值模拟,通过对比分析4种仿生翼型的动态气动特性得出：在Re=2.0×10⁵工况下,仿海鸥翼型的平稳性最好,阻力峰值在4种仿生翼型中最低;仿雀鹰翼型仅上仰阶段的升力系数小于仿海鸥翼型,仿雀鹰翼型的平稳性与仿海鸥翼型类似;尽管仿长耳鸮翼型的升力系数峰值最大,但是其动态迟滞现象明显;仿水鸭翼型产生的阻力最大,平稳性也相对较差。综上,仿海鸥翼型具有良好的稳定性和较低的阻力峰值,从而为叶轮机械优化设计和气动性能改善提供了有价值的参考翼型。     

基于转捩点位置的动态失速模型数值建模方法研究

通过实验可得到翼型动态失速的相关数据,但是由于多数的动态失速计算方法使用全湍流模型或半经验转捩模型,数值计算一直没有得到与实验结果非常吻合的计算结果.提出了基于转捩点位置的动态失速模型数值建模方法来提高数值计算的准确性,通过使用Winsock网络协议实现FLUENT和MATLAB之间的数据传输,再使用曲线拟合与梯度下降法实现转捩点位置的优化计算,最终通过得到的转捩点的位置信息使得计算结果更加准确,为其他研究人员将转捩点作为动态失速理论分析的一个因素提供良好的数据基础.     

超大浮体在二维不均匀底部上的水弹性响应

为了研究不均匀的海底环境因素对超大浮体结构响应的影响，分别用线性长波理论和薄板理论来模拟波浪场和结构物的位移响应，建立耦合的运动响应方程，同时求解二维波浪场和板条梁的位移响应。以斜坡、椭圆面和正弦变化曲面等3种不同的二维底部形状为例，计算了二维不均匀的底部上超大型浮式结构物水弹性响应，并通过与底部平坦时的结构响应相比较，讨论了不均匀的底部对结构响应的影响。实例结果显示了当底部升高和底部下降时关于位移响应变化的一致性规律。     

高架弹性支承块轨道结构落轴冲击动态响应

将轮轨接触边界条件用罚函数法释放,采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程,进一步建立轨道结构落轴冲击动力有限元方程.计算分析了落轴冲击对高架线路轨道结构产生的动态响应,详细比较了弹性支承块及短轨枕埋入式整体道床轨道结构的动力性能,并由现场实测进行验证.结果表明,弹性支承块轨道结构通过轨下和块下刚度的合理匹配,动力性能优于普通短轨枕结构,应用于线路减振地段较为理想;同时,利用落轴冲击有限元模型及其试验分析轨道结构动力性能,直观有效.     

二维耦合细胞体系尺度大小对系统响应能力的调控作用

利用Berridge提出的细胞内钙离子振荡最小化模型, 通过数值模拟方法考察二维(N*N)耦合细胞体系对外界刺激的集体响应行为. 发现在一定的耦合强度下, 当耦合单元数目取适当值时(如C_µ = 0.07, N = 4), 体系输出信号的信噪比有极大值, 表明在二维耦合体系中也产生了动力学体系尺度共振现象. 同时还发现随着耦合强度的变化, 该体系对外界刺激的响应所对应的体系尺度发生了迁移, 而且随着耦合强度的增大其响应的体系尺度范围也有所扩大. 这些现象表明耦合单元数目、耦合强度都对生物细胞体系感受外界刺激的能力有重要的调控作用, 生物体系有可能利用这些现象来提高其自身对外界刺激的响应能力.     

一种求解高速连杆机构动态响应的隐式封闭矩阵法

本文讨论了连杆机构动态弹性动力方程的各种求解方法,提出了一种隐式封闭矩阵法,以提高方程的计算效率.这种方法也适用于其他大刚度周期性变系数扰动方程的求解.     

内燃机紧耦合三效催化剂性能研究

催化剂是整个催化转换器的核心部分,决定催化转换器的主要性能指标.文章详细地介绍了Pd-YCZ紧耦合型催化剂的制备和加工工艺过程,并通过催化转化率、起燃温度、空燃比特性和抗高温老化能力等实验进行性能测试;实验结果表明,研制的Pd-YCZ紧耦合型催化剂性能良好,完全能满足紧耦合型催化剂的使用要求,为紧耦合催化转换器的进一步研制打下了良好的基础.     

大跨度结构气弹模型风振响应的阻尼修正系数

在气动弹性模型设计中 ,如果阻尼相似不能在模型设计、制作中实现 ,则须对试验结果加以修正 .因此定义了阻尼比修正系数 ,推导出结构在Davenport脉动风速 (风压 )谱激励下响应和阻尼比的相互关系 ,通过一刚度可调的结构模型 ,分析了大跨度结构气弹模型实测各阶阻尼比相近情况下激励形式和结构模态参数对模型风振响应阻尼比修正系数的影响 .     

动态失速涡的绝对／对流不稳定性分析

计算了等速上仰ＮＡＣＡ００１２翼型动态失速过程的流场结构，在准定常假设下对失速主涡形成的分离泡进行了绝对／对流不稳定性分析．随攻角增大，失速主涡流场经历了对流不稳定到绝对不稳定的变化．当绝对不稳定区增大到覆盖整个分离泡时，流场从整体稳定转变到整体不稳定，出现涡量二次尖峰状喷发，切断了主剪切层，主涡随之脱体，导致动态失速     

合成射流用于动态失速控制的数值模拟

动态失速是限制相关机械或飞行器性能的重要因素,因而对动态失速控制的研究具有重要的工程意义.以二维非定常可压RANS方程为控制方程,采用Jameson中心有限体积法,对攻角作α=15°+10°sin(ωt)变化的亚音速俯仰振荡NACA 0012翼型的流场进行了数值模拟,并对合成射流在此工况下的控制效应进行初步研究,分析作动器频率、射流动量系数及作动器位置对控制效应的影响.计算结果表明,加控制后能明显地提高最大升力、减少阻力.     

大展弦比机翼几何非线性气动弹性响应分析

采用UL格式,建立一种适用于结构大变形问题的高精度非线性动响应求解器;通过有理函数拟合,将频域气动力转化为时域下的气动力格式,以紧耦合的方式建立起结构-气动耦合关系。以某大展弦比机翼为例,进行气动弹性响应计算并做颤振分析,可准确预测临界颤振速度;几何非线性对气动弹性响应特性具有显著的影响。     

具有结构非线性的超音速翼面气动弹性分析

为分析超音速流中全动操纵面的非线性气动弹性特性,采用描述函数法计入操纵间隙引起的结构刚度非线性,用修正的活塞理论计算非定常气动力,并以龙格-库塔法按时间步推进运动方程,求解非线性系统的响应特性。某超音速小展弦比全动翼面的气动弹性响应分析结果表明,由于结构非线性的影响,在一定的速度范围内,系统响应出现极限环运动;且极限环幅值随来流速度的增大而增大;操纵间隙增大,极限环振荡的频率、幅值均增大。分析结果为飞行器的结构设计提供了参考。     

基于Simulink的高速电磁阀动态响应分析

利用MATLAB/Simulink软件建立了由磁场强度模型、电磁作用力模型、阀芯运动阻力模型以及回位弹簧作用力模型组成高速电磁阀仿真模型.分析了驱动电压、电磁力、阀芯质量和线圈匝数等参数对电磁阀动态响应特性的影响.仿真结果表明:在一定条件下增加驱动电压,采用质量小的阀芯,选取小的回位弹簧预紧量,减少线圈匝数和降低弹簧刚度,有利于加快电磁阀开启响应速度,而降低维持电压,适当减小工作气隙、增大弹簧刚度,有利于加快关闭响应速度.     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

高层建筑气动弹性模型风洞试验研究

以高层建筑为研究背景,制作了气动弹性模型,通过风洞试验测得结构的时程响应结果,采用频谱分析求得结构的动力特性,采用自然激励技术法(NExT)和ARMA模型时序法以及改变模态阶数的方法获得结构的气动阻尼比,研究了结构气动阻尼比随风速的变化规律.在强风下,对顺风向的加速度响应时程结合滤波方法,消除横风向能量转移的影响,同时发现了涡激共振现象.考虑气动阻尼影响的情况下,刚体模型测压和测力得到的峰值加速度响应结果,与气动弹性模型风洞试验结果十分接近,验证气动弹性模型风洞试验结果的正确性.对于刚体模型,不考虑气动阻尼时,峰值加速度比气动弹性模型试验结果大很多,差值最大达到41%,但在某种工况下,气动阻尼的影响使结构的响应值增大,验证了考虑气动耦合作用在高层抗风研究中的必要性.     

溶融碳酸盐型燃料电池温度特性的建模与求解

本文首先提出了根据热量与物质的平衡及电化学的作用原理而得到的一组燃料、空气气体、电解质、隔板的温度特性的基本微分方程组,然后对这个方程组参数进行统一的无量纲化,最后由于这个方程组是无量纲化的空间和时间的偏微分方程组,用加权残差法(WMR)进行近似解,并对燃料电池本体内若干点的温度特性进行了探讨。