跨声速旋成体弹丸气动力的数值计算

用三阶MUSCL TVD格式解三维可压缩流动N-S方程组,湍流模式为Sparlart-Allmaras模型,数值模拟了来流马赫数Ma∞=0.96、攻角α=0°和Ma∞=0.91、攻角α=2°条件下的旋成体弹丸跨声速流场,获得的弹体表面压力系数分布数值结果与实验数据吻合良好。同时还给出了流场的马赫数等值线、弹丸底部流线分布图谱,并对计算的弹底涡流结构作了扼要的分析。     

不同攻角下叶片弯曲对涡轮静叶流场的影响

计算并分析了高马赫数情况下,直叶片及正弯20°叶片在攻角分别为0°、±10°、±20°及±30°的情况下的流场结构. 采用的数值方法为具有TVD性质的三阶精度GODUNOV格式,湍流模型为B-L代数模型. 计算结果表明,在较大的攻角范围内,正弯叶片可以减小叶栅流道内通道涡的强度,并且由于两端壁的附面层被吸入主流,使得正弯叶片中的能量损失减小. 攻角越大,正弯叶片的作用越明显.     

垂尾跨声速弹性载荷研究

研究了战斗机垂尾在跨声速范围的非线性气动弹性行为和弹性载荷特性。针对飞机垂尾,计算了飞机垂尾的颤振边界,通过CFD／CSD耦合时域内推进结构运动方程,得到弹性结构的响应历程,并记录每一时刻的气动载荷和结构惯性载荷,将气动载荷信息转换到CSD的结点上,加载到结构模型上进行瞬态响应分析,得到结构的动应力响应,计算给出了0°侧滑角时不同马赫数下的颤振边界和Ma=0.9、侧滑角2°和10°时的非定常气动载荷与非定常惯性载荷和弹性载荷的时域响应,分析了惯性载荷、气动载荷和弹性载荷对颤振的影响以及方向舵对垂尾颤振的影响。     

透平叶栅大攻角流动特性的三维数值模拟

应用新型 L U隐式格式和改良型高阶 MU SCLTVD格式 ,通过求解全三维可压缩 Reynolds平均的Navier- Stokes方程和 q-ω低 Re双方程湍流模型 ,对一种透平叶栅在 - 6 0°到 35°攻角范围内的流动进行了计算。对不同攻角下叶栅内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明 ,该方法不仅可以准确地捕捉叶轮机械内部流动中出现的激波与边界层、激波与尾迹相互干扰等流动现象 ,而且也适用精确模拟不同工况下 ,特别是大攻角工况下带有分离流和强二次流情况下叶轮机械内部更加复杂的流动。     

运输机升阻特性仿真与风洞试验相关性方法

以M3飞机配装某型发动机三维模型为研究对象,采用CFD方法对整机流场进行数值计算。对于带动力短舱模型,利用分区拼接网格技术对发动机内流场和飞机外流场进行网格划分和拼接;在此基础上采用雷诺平均N-S方程,基于S-A湍流模型,开展了不同发动机状态、马赫数及攻角的仿真计算。以FNPR=1.61时,试验获得的升阻系数作为基准,在不同攻角下,获得CFD计算结果的修正因子,结果表明：修正后的数值计算结果与风洞试验获取的升力特性曲线,贴合程度好,在攻角小于14°内误差小于3%;修正后的阻力特性曲线整体趋势与风洞试验一致,误差小于10%,阻力系数都是随攻角的增大而增大,且在攻角大于10°后快速增大。     

旋转弹丸马格努斯效应数值研究

用黎曼分解和Osher近似方法,计算了旋转和非旋转弹丸三维跨音速绕流场.将计算区域按分块网格和六面体的弹体贴体网格单元划分,为了提高相对流动变量离散中的数值精度,运用了改进的MUSCL格式.选取弹丸旋转频率为0和82赫兹,攻角分别为0°和10°,马赫数0.94,雷诺数为4.0×106条件为算例.获得在中等倾角下,旋转诱导边界层畸变产生了马格努斯效应和不对称涡结构,沿弹底周向压强分布变化和攻角的非线性效应,给出并讨论了弹丸马格努斯力和法向力系数数值结果,计算结果与实验数据吻合良好.     

螺旋桨运输机进气道阻力特性分析

以某型螺旋桨运输机带动力装置飞行试验台为研究对象，建立了三维流场模型，采用CFD进行了网格划分及数值计算。以前期飞行试验数据和发动机热力循环模型计算结果为边界条件，开展了不同飞行马赫数、高度及桨叶角的数值计算。选用桨叶角表征发动机状态，分析了不同飞行高度、马赫数、螺旋滑流对进气道前罩作用力和附加前体力影响的变化规律。计算结果表明：不同高度、桨叶角及马赫数均会改变进气道阻力，在马赫数0.5，高度4 km状态下，桨叶角由40°增大至50°，前罩作用力减小1 700 N，附加前体力减小3 600 N,而附加前体力系数及前罩作用力系数随飞行高度基本不变。进气道阻力特性研究为后续试飞中确定涡桨发动机外部阻力特性分析提供了数据支持。     

非圆截面巡飞弹气动特性实验研究

为研究非圆截面巡飞弹的气动特性,采用部件组合法设计了风洞实验模型,对单独弹身及巡飞弹进行了六分量测力实验,实验马赫数范围为Ma=0.4~0.6。实验结果表明:弹身对全弹正升力有一定贡献,最大能提供全弹升力的10%;小侧滑角范围内,在没有舵偏的情况下,侧向力、偏航力矩随着侧滑角基本线性变化;巡飞弹具有较好的纵向和横航向稳定性,升阻比高,气动特性在可用迎角内具有良好的线性度。     

(1. 湖南大学 绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410082；2. 湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082；3. 南通东泰新能源设备有限公司，江苏 启东 226200)

从仿生学的角度制备端部具有不同锥角(0°,2°,5°,7°)的异形钢纤维,根据纤维表面是否处理分为有化学黏结与无化学黏结2种,并使用MTS万能试验机测试了仿生异形钢纤维从水泥砂浆基体中以不同速率(2.5 mm/min,25 mm/min,250 mm/min)拔出的力和位移,并计算得到最大拔出力和拔出功.结果表明,当钢纤维端部锥角从0°增加到5°时,最大拔出力有明显的增加,但7°时稍有减小;对于5°及7°锥角的钢纤维,随着加载速率从25 mm/min增大到250 mm/min,钢纤维的最大拔出力分别增大20.2%和13.4%;而0°及2°锥角钢纤维在加载速率增加到250 mm/min时,最大拔出力相对于加载速率为25 mm/min时的最大拔出力分别减小25.9%和8.2%;0°,2°和5°有黏结钢纤维的最大拔出力与相同锥角无黏结钢纤维的最大拔出力相比,分别增加64.1%,22.2%和6.7%,而7°锥角有黏结钢纤维的最大拔出力比无黏结钢纤维的最大拔出力减小6.2%;3种加载速率下,2°锥角钢纤维拔出力所做的功最大,纤维表面是否处理对拔出功无明显影响;本文设计的异形钢纤维能有效增强钢纤维与水泥砂浆基体的等效黏结强度.     

低欠热水通过渐扩喷嘴的泄放研究

旨在通过实验确定５ＭＷ核供热堆注硼系统所用渐扩喷管的水力特性。研究了在压力为０．７～１．５ＭＰａ的范围内，欠热度约为２０℃的水通过喉部直径为２～８ｍｍ、扩张角为６０°～１２０°的渐扩喷嘴的流动情况，结果表明：在一定条件下可在这种扩张角的渐扩喷嘴中形成临界流动现象。当出现临界流动时，通过渐扩喷嘴的临界流量大于孔板临界流量公式的计算值；当在喷嘴中没有形成临界流动时，通过这种渐扩喷嘴的流量可用孔板流量公式计算；流体通过扩张角为９０°的大扩张角渐扩喷嘴时的流动损失小于通过孔板时的损失；随扩张角的增大，相同条件下通过喷嘴的流量减小。     

基于轮胎侧偏刚度变化率的车辆质心侧偏角融合估计算法

针对车辆在高速紧急避让工况下质心侧偏角难以直接测量的问题,提出一种基于轮胎侧偏刚度变化率的质心侧偏角融合估计算法。在车辆二自由度动力学模型的基础上,提出一种轮胎侧偏刚度估计方法,构建基于改进扩展卡尔曼滤波的质心侧偏角估计算法。根据质心侧偏角和车辆纵向、侧向加速度的关系,构建基于积分法的质心侧偏角估计算法;结合两种估计算法的特点,采用轮胎侧偏刚度的一阶微分表征车辆的非线性程度,设计了一种适用于不同车辆动态特性及路面条件的融合估计算法。Carsim/Simulink联合仿真结果表明,该融合估计算法在不同的车辆动态特性和不同路面条件下具有良好的估计精度和实时性,对传感器信号的噪声、误差鲁棒性强。     

管式电化学消毒反应器的流动特性及其参数模拟优化

为了提高电化学消毒反应器的传质效率,开发一种带有湍流增强组件的管式电化学消毒反应器.建立反应器物理模型,使用计算流体力学(CFD)研究添加湍流增强组件前、后反应器内部流场的变化,分析主要参数对阳极表面湍流强度的影响,考虑湍流增强对反应器压力损失的影响.结果表明:湍流增强组件通过其叶片的导流作用使流体产生螺旋流动,增大反应器内流体的湍流程度,促进传质效率;在反应器主要设计参数中,湍流增强组件的导流叶个数、导流叶扭转角度和导流叶至电极的距离对阳极表面湍流强度有显著影响;当参数组合为导流叶个数7个,扭转角度30°,导流叶至电极距离90 mm时,阳极表面湍流强度为12.68%,相比无导流叶条件下提高了44%,但也使反应器的压力损失有所增加.     

基于模糊滑模观测器与传感器信号积分可拓融合的车辆质心侧偏角估计

车辆质心侧偏角对于车辆横向稳定状态判断具有重要作用，对质心侧偏角的高估或低估都会对稳定性控制系统产生影响. 针对目前质心侧偏角估计方法仍具有较大误差且实用性不强，提出了以降低观测误差及提高估计系统实用性为目标的方法，构建了鲁棒性较强的模糊二阶滑模观测器计算质心侧偏角观测值，同时采用惯性测量单元信号计算质心侧偏角积分值. 之后分析了两种估计方法的优缺点，对质心侧偏角观测估计值与传感器信号积分估计值进行可拓融合，以实现采用传感器信号估计对观测值进行修正. 最后通过Simulink/TruckSim仿真、硬件在环仿真，进行了质心侧偏角估计方法的验证. 在实车定圆加速测试工况中以控制效果论证了所提出方法的有效性. 研究表明所提出方法能够准确反映实际质心侧偏角状态，并且可靠性、实用性均较佳.      

基于多信息融合的汽车质心侧偏角估算

车辆稳定性控制系统因为其良好的主动安全性已经在汽车上广泛采用。对于汽车稳定性控制系统而言,横摆角速度和质心侧偏角是判断汽车运行情况的两个主要参考量。其中,车辆的横摆角速度可以通过横摆角速度传感器经过卡尔曼滤波直接得到,而质心侧偏角则必须通过估算得到。基于二自由度汽车动力学模型建立了一种车辆质心侧偏角估算器,该估算器包括基于车辆模型的卡尔曼滤波算法和动力学积分算法。在质心侧偏角较小的情况下,可认为轮胎的侧偏特性处于线性区域,故采用基于车辆模型的卡尔曼滤波算法,当质心侧偏角较大的情况下,切换为动力学积分算法。最后在Vedyna软件下搭建了该估算器的仿真平台,通过多工况的仿真,仿真结果表明该估算器可以准确估算车辆的质心侧偏角。     

车辆质心侧偏角估计算法设计与对比分析

车辆质心侧偏角是描述车辆侧向运动状态的重要变量之一,同时也很难准确估计.为此设计了基于运动学的直接积分法,基于扩展卡尔曼滤波的质心侧偏角估计算法和基于广义龙贝格观测器的质心侧偏角估计算法.对信号引入一定强度的噪声,通过多种典型工况对质心侧偏角估计算法进行调试与验证,分析不同算法的特点和工况适应性.直接积分法在长时间尺度下无可用性,但在极限工况下能较为快速地描述质心侧偏角变化趋势;卡尔曼滤波算法整体估计效果较好,但在一些动态工况存在估计偏差,且多为高估;龙贝格观测器算法在大部分工况都能获得良好效果,但在某些情况下存在估计偏差,且多为低估.     

基于FADS的飞行器迎角求解方法研究

构建X-33的1/10比例前端模型.利用计算流体力学方法求解模型前端压力分布,采用三点法求解迎角和侧滑角.应用Matlab工具,对求解数据进行修正,最后分析了压力测量误差对迎角精度的影响.结果表明,低马赫数(不大于1.2Ma)下基于仿真数据的嵌入式大气数据传感系统求解迎角误差在0.5°,压力测量误差对迎角精度影响明显.     

基于S-A模型的覆冰输电线绕流数值分析

基于Spalart-Allmaras湍流模型(S-A模型)封闭的雷诺平均N-S方程,采用沿均匀流线的三阶Runge-Kutta法和Galerkin法分别进行时间和空间离散,得到了湍流方程的有限元格式。采用自编Matlab程序,数值模拟了不同风攻角下覆冰输电线绕流问题,得到了覆冰输电线绕流瞬态和时均流场、气动力系数时程曲线和平均气动力系数随风攻角的变化关系,并与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性。基于流场演化和平均压力分布,分析表明风攻角变化引起的边界层分离点转移是产生升力系数尖峰突跳现象的主要原因。     

渐变截面型入料口夹角对旋流器流场及压降的影响

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,通过数值试验方法考察了渐变截面型入料口夹角对Φ50 mm水力旋流器流场及压降的影响.结果表明,增大入料口夹角,切向速度增加,致使分离效率提高;与此同时,轴向速度和溢流管底端的最大径向速度也随之相应增加,导致沉砂分流比略有降低、短路流量增加,但对湍流结构影响不明显;空气柱直径同样随着夹角的增加而增大,从而有效分选空间减小.旋流器内部的压力损失主要包括主分离区域的损失和入料口区域的损失;增大入料口夹角,总压降增加,导流能力增强,当夹角为20°时,导流性能最优,但能量利用率降低.     

线控主动四轮转向汽车控制策略研究

目的 针对线控四轮转向汽车横向稳定性不足及控制鲁棒性差等问题,提出一种主动转向反馈控制策略。方法 使用Simulink搭建线控转向系统转向执行机构动力学模型,将MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真,建立线控四轮转向整车模型;基于二自由度模型分析横摆角速度和质心侧偏角对汽车稳定性的影响,推导理想的横摆角速度和质心侧偏角;以横摆角速度增益恒定为依据设计理想传动比,得到期望前轮转角,以横摆角速度误差为控制量设计模糊控制器得到附加前轮转角对期望转角实时修正,实现前轮主动转向;针对横摆角速度和质心侧偏角与理想值之间的误差,加权得到稳定性控制目标;设计自适应积分滑模反馈控制策略输出后轮转角,对理想值进行跟踪,实现后轮主动转向。结果 仿真实验结果表明：所搭建的线控转向系统能够准确反映汽车动力学特性。相比无控制的机械前轮转向汽车与横摆反馈控制的四轮转向汽车,线控主动四轮转向汽车在双移线工况下将质心侧偏角控制在0值附近波动,横摆角速度跟踪误差控制在1.149 deg/s以内;在角阶跃工况下将质心侧偏角稳态值控制在0.065 deg,横摆角速度稳态值误差为0.074 deg/s。结论 线控...     

分布式驱动电动方程式赛车扭矩分配策略

本文旨在提高分布式驱动电动方程式赛车在高速转弯时的操纵稳定性,提出一种基于模糊神经网络算法的驱动扭矩分配策略。首先,基于车辆二自由度模型设计质心侧偏角观测器获取实际质心侧偏角;其次,以横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量,基于模糊神经网络算法设计扭矩分配控制器来控制车辆行驶状态。运用Matlab/Simulink和Carsim仿真软件建立车身稳定性控制系统的联合仿真模型,并对蛇行绕桩与双移线工况进行仿真分析和实车测试。试验结果验证了所提扭矩控制策略的可行性和有效性。