涵道风扇气动特性及其参数优化设计

为了解决涵道风扇组合系统复杂流场的计算问题并进一步提升涵道风扇的气动性能,应用CFD和动量源方法建立了较为精细的涵道风扇组合系统气动性能分析模型,明确了涵道风扇设计参数对气动特性的影响,对设计参数进行了优化设计,有效提高了涵道风扇的气动性能,优化后涵道风扇组合拉力提升了27.58%。     

铺层结构对复合材料螺旋桨水动力性能的影响

基于面元法及有限元方法,采用分区迭代方式开展复合材料螺旋桨流固耦合分析,重点讨论了材料纤维角度和结构铺层方式的影响.针对桨叶剖面变厚度特征与单层材料有限厚度之间的矛盾,提出了更具实用意义的沿叶面往叶背方向逐层退化的铺设方式,并发现该铺设方式复合材料螺旋桨流固耦合性能主要受靠近叶面的铺层结构控制.后续铺层结构优化设计中可仅考虑近叶面若干铺层以节省计算工作量.     

涵道螺旋桨多工况设计

单一工况下设计的涵道螺旋桨通常不能满足垂直起降飞机的多工况高效需求。基于叶素动量理论可以开展涵道螺旋桨多工况设计,其关键在于不同工况下螺旋桨拉力占比、修正来流速度的计算。在无螺旋桨几何的情况下,采用动量源方法对涵道拉力进行估算,提出了修正来流速度的计算方法,基于最小能量损失原则建立螺旋桨几何,采用多重参考系方法进行耦合计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）修正,得到单一工况下弦长扭转角关系、螺旋桨拉力占比以及修正来流速度。通过改变设计升力系数及转速,使不同工况下涵道螺旋桨的弦长及扭转角相匹配。分析结果表明,动量源方法计算的涵道拉力占比较大,来流速度修正方法可减少相同工况下耦合CFD求解计算量。多工况设计可有效提高涵道螺旋桨的综合效率。     

垂直起降无人机涵道螺旋桨系统特性及计算方法研究

涵道风扇垂直起降无人机不同设计阶段对升力系统特性的精度要求也不同.为寻求具有一定可信度的涵道螺旋桨特性不同计算方法,在螺旋桨动量理论的基础上,通过引入轴向功率系数,建立了考虑气流旋向运动的涵道螺旋桨动量理论模型.分析了拉力比例因子等参数对升力系统总体特性的影响.在研究翼型大迎角特性的基础上,建立了以诱导速度为求解参数的涵道螺旋桨修正动量—叶素理论模型.基于非重合滑移网格技术,通过求解旋转参考坐标系下的N-S方程,进行了涵道螺旋桨非定常数值模拟.计算结果表明,基于修正后的动量-叶素理论计算结果更接近真实情况.在总体设计阶段可以提供具有一定可信度的涵道螺旋桨基本特性.数值模拟结果和试验结果较吻合,可以为详细设计阶段提供计算依据.     

民用航空发动机外涵支板声衬的降噪技术研究

为了研究民用大涵道比涡扇发动机风扇外涵支板对风扇转静干涉噪声后传声散射效应的影响,以及外涵支板布置声衬的降噪效果,本文基于有限元方法,首先研究了等截面圆形管道和环形的声传播和远场声辐射特性,并与解析结果进行对比,吻合地较好,表明了该声传播计算方法的可靠性和精度;然后开展对于包含外涵支板的某真实大涵道比涡扇发动机外涵管道的风扇转静干涉噪声后传声分析,最后开展外涵支板声衬的声阻抗优化设计,在约束条件内获得最优声阻抗,研究外涵支板布置声衬对风扇转静干涉噪声后传声的降噪效果。结果表明：有外涵支板的情况下,声波在管道内出现声散射现象,声压幅值较无支板情况明显增大,且在支板附近出现峰值;外涵支板布置声衬后,在最优声阻抗的情况下,单频单模态的降噪量可达22.57dB。     

国内首个陆空两栖智能装备联合实验室在北京理工大学成立

正近日,国内首个陆空两栖智能装备联合实验室在北京理工大学成立,该联合实验室由北京理工大学特种车辆研究所与北京理工大学校友创办的酷黑科技(北京)有限公司联合建立。陆空两栖智能装备联合实验室(简称联合实验室)是隶属于北京理工大学的开放型创新实验室,主要进行基于涵道式陆空智能装备关键技     

集中冰载工况下的桨叶边缘强度校核方法

在冰区桨设计过程中,往往需要对其桨叶边缘区域进行强度校核,防止与冰块接触过程中桨叶边缘出现缺口,对螺旋桨的水动力、空泡、噪声等性能产生影响.为了能够快速实现桨叶边缘强度校核,基于IACS URI3规范和有限元法(FEM),建立了集中冰载工况下的桨叶边缘强度校核方法.针对螺旋桨几何结构特殊性,将桨叶沿径向、弦向以及厚度方向划分成一系列八节点六面体单元,发展了螺旋桨有限元网格自动剖分方法,可以根据加载位置合理地进行网格划分,以FEM计算集中冰载作用下的桨叶应力和变形分布.以PC3级冰区桨为例,开展了桨叶边缘强度的分析和校核.计算结果表明:在集中冰载作用下桨叶边缘区域有较大应力集中,容易造成桨叶边缘区域的损坏.     

总流量及分流比对某型风扇/压气机性能的影响研究

使用数值模拟方法研究了某型风扇/压气机组合体在不同总流量与分流比下的预估性能。程序框架使用改进的流线曲率法,通过基元叶片法+附面层修正+分流环效应三者耦合的方法,采用改良的损失与落后角模型,使计算结果更为精确,得出了总流量及分流比对某型风扇/压气机组合体性能的影响的一些结论。研究结果进一步证明了该方法对于存在内外涵道的风扇/压气机性能预估的有效性。     

基于有限状态入流的无轴承旋翼气弹稳定性

为准确分析悬停状态下无轴承旋翼的气动弹性稳定性,建立了一种基于有限状态入流的直升机气动弹性稳定性分析的模型.采用格林-拉格朗日应变张量推导了无轴承旋翼桨叶的非线性应变-位移关系,把桨叶作为多路传力系统进行处理并根据哈密顿原理建立了桨叶运动的有限元方程,非定常气动力采用有限状态状态入流模型.根据桨叶模态方程的特征值判断悬停状态下无轴承旋翼的气动弹性稳定性.数值计算结果表明：采用有限状态入流模型计算桨叶的一阶摆振阻尼比传统的动力入流模型和均匀入流模型与试验数据的符合程度更好,从而验证了本模型的正确性.     

可自浮式高架栈桥有限元子结构超单元法建模与静力分析

可自浮式高架栈桥组成构件较多,若直接对其进行数值建模计算,则计算量大,计算时间长.为了加快计算速度,采用有限元子结构超单元法对其进行多工况数值计算分析,验算了自浮式高架栈桥在各计算工况下的结构强度和承载能力.结果表明:自浮式高架栈桥在工作状态下,其上部结构单元能满足承载200 kN汽车荷载的设计要求;在生存状态下,上部...     

镐头机拆除工况下机场水泥道面的力学行为

以ABAQUS作为分析平台,建立了考虑接缝传荷以及层间接触效应的双板有限元分析模型,可用于模拟镐头机拆除工况下水泥道面的力学行为.针对机场典型拆除工艺参数及道面结构参数,系统分析了镐头机拆除工况下拆除板和周边保留板的变形、拉应力以及层间剪应力的分布特征,揭示了镐头机拆除工况下周边保留板发生破坏的力学机理.分析了面层厚度、接缝传荷能力等参数对拆除时道面力学响应的影响规律,提出了镐头机拆除施工应注意的问题.     

风扇导流罩对汽车冷却模块流动性能的影响

为了提高发动机舱散热性能,提升风扇效率,研究了冷却风扇导流罩对汽车冷却模块流动性能的影响.在整车环境下对某乘用车的发动机舱冷却模块进行了CFD仿真分析,对比了在有无风扇罩2种情况下发动机舱冷却模块的性能,并对具有几种不同过渡截面倾角的风扇导流罩进行了分析.结果表明:汽车低速行驶时,冷却模块中风扇导流罩对冷却空气有一定的引导作用,使得风扇在车速较低的工况中也能较好地起到压升作用,使冷却空气能够通过散热器,从而冷却动力系统和发动机舱;在汽车高速行驶时,冷却模块中风扇罩对冷却空气有一定的阻力作用,风扇导流罩过渡段倾角越大,气体由于气流偏转损失的能量就越小,可以提高风扇效率从而降低能耗.     

涵道式飞行汽车新型结构的气动性能数值模拟

在研究国内外飞行汽车优势与局限性的前提下,结合共轴反转双旋翼直升机升力大、续航中等以及多旋翼飞行器控制精度高的特点,通过目标设定、方案罗列、理论分析等步骤,提出一种区域适应性更强的涵道式飞行汽车新结构.与两种现有飞行汽车结构进行对比,探讨涵道式飞行汽车的结构及气动性能特点.气动性能数值模拟结果表明该飞行汽车结构值得继续研发与尝试.     

防治复合式路面的反射裂缝技术研究

结合试验路实体工程,采用有限元方法分析了土工布、玻璃纤维网对旧水泥混凝土(PCC)路面沥青混凝土(AC)加铺层复合式路面结构的内力影响,发现为防治旧PCC路面的接缝/裂缝在AC加铺层内产生反射裂缝,宜在加铺层底部铺设夹层,且模量较大的玻璃纤维网效果更好.在理论分析基础上铺设了试验路,经受了实体工程的考验.     

复合材料螺旋桨水动力性能与结构响应数值研究

通过CFD计算复合材料螺旋桨水动力载荷,应用有限元法计算复合材料桨结构响应,并基于双向耦合算法实现复合材料螺旋桨在均匀来流下的流固耦合数值模拟.研究了不同进速系数和不同铺层角度工况复合材料螺旋桨的水动力性能及结构响应.结果表明,在进速系数J ≤ 0.8时,复合材料螺旋桨的推进效率明显高于同工况下的金属螺旋桨.随进速系数增加,复合材料螺旋桨推进效率先增加后减小,在进速系数J = 0.8时取得最大值.桨叶总变形和等效应力分布与铺层角度有较大关系.复合材料螺旋桨的螺距角较金属螺旋桨减小,减小的螺距角与桨叶攻角的变化相匹配,自适应地提高了该螺旋桨的推进效率.      

钢波纹管的力学性能分析

提出采用截面参数分析法与有限元数值模拟相结合的方法对钢波纹管受力变形进行计算分析.将截面参数分析法所得计算结果与美国ASTM规范对比,验证了截面参数分析法的有效性.根据截面参数计算结果将钢波纹管道等效为实壁管道,并在此基础上对应不同工况建立有限元数值模型,进一步研究了钢波纹管道在填土施工过程中的变形与内力特性,总结了其力学性能与填土高度、管道规格的对应关系和钢波纹管道设计中的建议管道规格.最终根据钢波纹管道施工现场工况,对管周土体竖向土压力及管道环向应变进行计算,通过与现场实测数据对比,验证了该方法模拟钢波纹管管土相互作用的有效性.研究表明所提出的钢波纹管分析方法简便准确,并能很好地再现钢波纹管道的力学特性.     

1000t起重船扒杆结构强度有限元分析

采用MSC/Nastran对扒杆结构在4种工况下的强度进行了有限元分析,介绍了有限元模型建模方式、计算工况以及许用应力的计算,并对计算结果进行了分析.结果表明扒杆结构各主要构件强度均满足规范要求,并可作为改进设计的参考.     

装配式铝道面板结构力学响应分析

采用ANSYS有限元软件建立了多层弹性地基上装配式铝道面板道面结构的三维有限元模型,为装配式铝道面板道面结构的设计提供计算方法。同时,利用有限元模型计算所使用飞机在典型道面结构上的力学响应。分析发现道面板类型对力学响应影响不大,而道面板与基层间的接触状态影响较大,接触系数从0.01增至10时单双板的弯沉分别减少17.2%和9.9%,基层层底弯拉应力减少21.7%和27.1%,说明改善道面板与基层间状态至关重要。最后完成了现场承载板试验和通行试验,得到的试验结果验证了有限元模型的正确性,为同类型道面结构提供了分析计算方法。     

涵道共轴双旋翼前飞气动特性与试验优选设计

采用Fluent软件对涵道共轴双旋翼的前飞气动特性进行数值模拟研究,分别得出涵道双旋翼的升力、阻力和俯仰力矩随涵道前倾角、上下旋翼相对间距和来流速度的变化曲线. 针对影响涵道共轴双旋翼升力的3个主要因素及其常用取值范围,采用正交试验法,以涵道前倾角α、上下旋翼间距H和来流速度v为试验因素,总升力F_L为试验指标,设计25组试验,利用极差分析法对试验结果进行计算. 结果表明:上述因素在取值范围内的变化对涵道共轴双旋翼总升力的影响程度的主次顺序为:上下旋翼间距,涵道前倾角,来流速度. 最后,根据试验结果选定最优方案.      

轴流转浆式水轮机桨叶的动应力特性

通过对轴流式水轮机全流道内流场进行13个稳定运行工况的非定常流场计算,得到不同工况下转轮桨叶表面非定常水压力载荷,并利用顺序流固耦合方法对桨叶在各种工况下的动应力特性进行计算分析。结果表明:在下游水位下降、机组水头升高时,机组在小功率工况下水力稳定性变差;同时表明机组长期在高水头小功率条件下运行时,由于水压力脉动引起的较大动应力是造成桨叶微裂纹的主要原因。计算结果可为水轮机其他零部件的应力特性及疲劳裂纹分析提供参考。