近空间高超声速弹箭气动数值模拟

针对近空间高超声速飞行弹箭气动力、气动热问题,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流模型和热完全气体模型,运用时间相关有限体积方法及AUSM~+格式对三维非定常可压缩流体Navier-Stokes方程进行了数值模拟.再现了超高速条件下弹箭周围的复杂流动现象,得到热流分布规律,为进一步近空间超高速弹箭研究奠定了基础.计算结果表明阻力系数随着攻角的变化显著变大;弹箭尾翼气动加热很严重,弹箭尾翼变大时气动加热量明显增大,在设计弹箭时应引起足够重视.     

高超声速弹箭烧蚀对外弹道特性的影响

该文根据烧蚀模型计算出弹丸在某一时刻的烧蚀外形及其对应的气动系数 ,利用外弹道模型仿真高超声速弹丸烧蚀后对其外弹道特性的影响。文中所采用的理论、方法及计算结果对以后进行高超声速弹箭的研究有参考价值     

多片尾翼布局弹箭气动特性数值计算

用数值模拟方法研究多片尾翼布局弹箭的气动特性．以三维Navier—Stokes方程为控制方程，用CFD方法对4片、6片与8片平直形尾翼和卷弧形尾翼弹箭的流场进行数值模拟研究，得到的气动特性结果与风洞实验结果基本吻合，为多片尾翼布局弹箭的气动设计及尾翼片数的合理选择提供了依据。     

高超音速弹丸表面气动加热及烧蚀现象研究

对于高超音速飞行弹丸建立了气动加热及烧蚀的数学计算模型，并编制了计算软件，用于模拟诸如由电磁炮发射的高超音速弹丸弹头部区域的瞬时热效应。这类弹丸在大气中高速飞行，并受到剧烈的气动加热及空动力负荷的作用。     

有攻角高超声速穿甲弹气动烧蚀的研究

该文采用“轴对称比拟”的研究方法，运用相似性理论，基于小横向流假设，研究了有攻角高超声速穿甲弹的气动烧蚀。通过耦合计算物面流线几何形状、比例因子、气动加热烧蚀模型，结果表明弹丸头部出现了严重的不对称变形，这将引起弹丸气动力的较大变化，可能导致弹丸飞行稳定性和密集度的降低，对今后进行高超声速穿甲弹的设计有重要的促进作用。     

导弹头锥烧蚀数值模拟

针对高速飞行导弹建立了气动加热及烧蚀的数学计算模型,应用"飞机结构三维温度场分析"程序,根据物体面表面径烧蚀量移动边界,通过"热阻"处理不同结构件的接触问题,成功地进行了烧蚀和温度场的直接耦合求解.计算结果表明了导弹头锥的烧蚀和温度分布规律.     

掠飞末敏弹滚转气动特性研究

为研究掠飞末敏弹在高速滚转状态下的气动特性,对其进行了静态和自由滚转风洞实验研究,在此基础上,结合数值仿真和近似理论方法,分析了弹箭高速滚转运动对其气动参数的影响,并获得了不同马赫数下的平衡转速随尾翼结构参数的变化规律.结果表明:平衡转速随马赫数增加而增大,但变化斜率随马赫数增加有所减小;在相同马赫数下,平衡转速随攻角增加而减小,且变化规律具有非线性特性;增大尾翼根稍比、扭曲率以及后掠角均有利于提高弹箭平衡转速;弹箭在高速滚转状态下的气动特性与静止状态相比存在显著差异,除产生较大的偏航力矩外,还将导致俯仰力矩系数减小、压心位置前移等现象,这对提高尾翼弹箭飞行稳定性是不利的.      

三维偏转头弹箭流场结构与气动特性研究

基于分离涡模拟(DES)方法及平流上游分割方法(AUSM)格式,利用Fluent软件对偏转头弹箭在零攻角和不同偏转角时的超声速流场和气动参数进行了数值模拟。比较偏转头弹箭和普通弹箭的流场结构发现,二者头部激波结构差异较大,但下游流场几乎相同;该流场结构提高了弹箭的气动特性。偏转头对气动力系数的影响主要表现为增加弹箭头部的升、阻力系数,且升力系数增量大于阻力系数。在零攻角情况下,偏转头弹箭具有一定升力,该升力可有效降低维持其飞行高度所需的驱动力,提高偏转弹的机动性。     

三维偏转头弹箭流场结构与气动特性研究

基于分离涡模拟(DES)方法及平流上游分割方法(AUSM)格式,利用Fluent软件对偏转头弹箭在零攻角和不同偏转角时的超声速流场和气动参数进行了数值模拟。比较偏转头弹箭和普通弹箭的流场结构发现,二者头部激波结构差异较大,但下游流场几乎相同;该流场结构提高了弹箭的气动特性。偏转头对气动力系数的影响主要表现为增加弹箭头部的升、阻力系数,且升力系数增量大于阻力系数。在零攻角情况下,偏转头弹箭具有一定升力,该升力可有效降低维持其飞行高度所需的驱动力,提高偏转弹的机动性。     

基于Timoshenko梁模型的旋转弹箭横向振动模态分析

将旋转弹箭简化为Timoshenko旋转梁,基于有限单元法研究了其在自由飞行时的横向振动模态.采用Timoshenko梁模型,考虑陀螺效应和剪切效应,运用转子动力学和有限单元法的思想,建立旋转弹箭横向振动的有限元方程和频率方程.利用该频率方程,分别采用Rayleigh梁和Timoshenko梁模型对某旋转弹箭进行模态分析,对不同梁模型下的横向振动进动频率进行对比,并讨论弹箭转速和长径比对模态频率的影响.     

Aerodynamic configuration optimization by the integration of aerodynamics,aerothermodynamics and trajectory for hypersonic vehicles

The problem of aerodynamic configuration design optimization is a multidisciplinary design optimization （MDO） problem, and recently the MDO method is widely adopted in the field of hypersonic vehicle configuration design. From the aerodynamic point of view, the aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory are considered in this paper. Generally speaking, the aerodynamic characteristics, aerodynamic heating and trajectory are determined by the aerodynamic configuration and the design of flight trajectory. The design method considering these three disciplines is proposed. The parametric geometrical configurations are proposed, and the aerodynamic characteristics are predicted by the rapid and effective engineering method. The optimization of aerodynamic configuration considering the integration of aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory is investigated based on the parametric geometrical configuration. Maximum lift-to-drag ratio, maximum range of the trajectory and minimum total heat load of the stagnation point are chosen as the three optimal goals. The detailed research indicates that the optimal configurations and trajectories with different weighting factors can be obtained by the optimization, and there are obvious differences between them. The optimal configuration and flight trajectory obtained by the optimization can be used as the feasible schemes in the future work.     

超音速下梯形复合材料层合板的气动热弹性分析

发展了有限元分析方法,对超音速环境中梯形复合材料层合板的气动热弹性问题进行了研究。考虑可压缩流和斜激波的影响,采用一阶活塞理论来表示气动压力。针对复合材料层合板的不规则结构,以及由于气动加热而产生的复杂温度分布,利用有限单元法,建立梯形复合材料层合板的热传导方程和气动热弹性耦合运动方程。通过热传导方程得到板的温度分布,再结合气动热弹性运动方程分析梯形板的气动热弹性特性。通过数值计算,研究了气动加热和铺设角对超音速下梯形板的固有频率和模态的影响。     

高超声速飞行器结构热气动弹性优化设计

基于高超声速飞行器X-43外形尺寸,构建含有隔热层的全机结构有限元模型。根据分层求解思路,考虑了气动热载荷作用下结构温度的稳态特性,忽略气动热对气动力和结构弹性力的弱耦合效应。使用三阶活塞理论对其进行频域内气动力计算,采用参考焓法求得模型表面的热流密度,进而计算出经过隔热层作用后,蒙皮表面的温度分布以及相应的热应力;在对结构的刚度矩阵进行修正后,采用p-k法迭代求解其临界颤振速度。以复合材料铺层角度和铺层顺序为设计变量,在全机结构、重量保持不变的情况下,对其进行以临界颤振速度为优化目标的气动弹性优化设计,使结构的颤振特性有了较大的改善。     

通向超低成本肿瘤治疗之路的高强度热化学靶向消融方法

高温热疗是继放疗、化疗之后一种十分重要的肿瘤治疗手段。从特定化学物质与生物体内的目标组织发生反应,从而实现靶向释放热量的思想出发,建立了系列高强度热化学消融方法,可有效克服传统加热方式中普遍存在的设备复杂、价格高昂、靶向性不强、使用时易引起正常组织烫伤等问题。对其中比较典型的酸碱中和反应热消融法及碱金属热消融法的原理、特点、前景进行了分析。     

Assessment of alternated cooling and heating treatment by US combined CEUS in the VX2 rabbit liver tumor model

Inoperable liver tumors are often treated by thermal ablation that destroys the tumor in situ and spares the adjacent hepatic tissue.Thermal–physical treatment has many advantages,but treatment by freezing or heating alone has some limitations.By taking the advantages and disadvantages of cryosurgery and thermotherapy into consideration,a new thermal technique that combines cryosurgery and radio frequency ablation has been proposed,thereby overcoming the disadvantages of each treatment strategy and improving therapeutic outcomes.This new approach remains to be systematically studied in the liver;therefore,this study was performed to estimate survival after alternated cooling and heating ablation therapy in a VX2 rabbit liver tumor model.Sixteen days after VX2 carcinoma implantation into the rabbit liver,tumors were treated with alternated cooling and heating ablation therapy.Rabbits were monitored for 6 months after treatment and assessed with ultrasound(US)and computed tomography at 1,7,14,and 30 days posttreatment.Untreated tumor-bearing animals served as the control group.Our results show that alternate freezing and heating ablation therapy resulted in a good recovery of VX2 rabbits.Compared with the control group,treated rabbits lived significantly longer(P\0.05),with 70%of treated animals surviving to 196 days posttreatment without metastasis or recurrence,while none of the controls did so.There was no local recurrence in the treatment group.All rabbits in the control group developed metastasis,while metastasis was only observed in 30% of treated rabbits.These results suggest that alternate cooling and heating ablation therapy can prolong the survival time of rabbits with VX2 liver tumors and is an effective method for tumor therapy.Furthermore,we also showed in this model that contrast enhanced US is a valid follow-up approach to assess treatment effectiveness.     

SF6自能膨胀式断路器喷口烧蚀的数学模型

喷口烧蚀是 SF6 自能膨胀式断路器研制中需要考虑的因素之一。通过分析电弧烧蚀喷口材料的机理 ,认为喷口烧蚀是在电弧能量的传导和辐射共同作用下引起的。将喷口烧蚀分为加热和烧蚀两个过程 ,并且 ,基于 Fourier导热微分方程分别建立了相应的数学模型。给出了开断过程中数值计算喷口烧蚀量的方法 ,计算并分析了烧蚀量与电弧电流及燃弧时间的关系。结果表明 :当开断电流大于一定值后 ,喷口烧蚀量增加较快 ;在电流峰值期间 ,喷口烧蚀量增加的最快。     

C_(鳞片)-SiC-B_4C复合材料板烧蚀数值模拟

应用有限元法研究了在气动加热条件下不同含量和不同有序化程度C鳞片的C鳞片-SiC-B4C复合材料板的烧蚀行为·结果表明:环境介质温度、材料组分、相对密度以及不同有序化程度C鳞片对板状复合材料的瞬态温度场分布均有明显影响;C鳞片质量分数65%,基体中SiC和B4C的质量比约为5∶1,且C鳞片基本结构单元为有序排列时C鳞片生长连续并形成面积较大的碳层面,平行层状堆积成拱形结构时复合材料具有较强的抗氧化性,与实验结果一致     

侧风作用下汽车外流场气动特性分析

 针对汽车行驶中受侧风的影响问题,通过数值模拟研究了侧风作用下汽车的气动特性。利用三维软件UG 设定某实车模型参数,基于计算流体力学方法对实车模型进行数值模拟,研究侧风作用下车身外流场变化以及不同前车窗倾角对汽车气动特性的影响。结果表明,侧风中汽车外流场不对称,导致空气侧向力系数急剧增加达到0.927,空气阻力系数增加38.5%达到0.392,空气升力系数增加15.6%达到0.281;随着前车窗倾角的增大,车身底部气流在车尾的分离推迟,尾涡数量减少,车身表面正负压区域缩小,空气侧向力及空气升力系数变小,在前车窗倾角为35°时,汽车在侧风中的气动特性最优。