一、等熵轻质活塞风洞中活塞质量对匹配压力振荡的影响(论文文献综述)
丁浩林[1](2020)在《(高)超声速光学头罩气动光学效应实验研究》文中指出红外成像制导导弹在大气层中以高速(马赫数大于3)飞行时,光学成像窗口附近严重的气动加热不仅会使目标红外信号被淹没,甚至会导致成像窗口损坏。作为一种常用隔热手段,超声速冷却气膜可以有效隔离外部高温主流对窗口的加热作用。只是,冷却气膜和光学窗口外部主流之间相互作用,形成包含激波、边界层、混合层、冷却剂层及其相互干扰的流场结构,进而对探测器成像质量产生影响,引起目标图像出现偏移、抖动、模糊以及能量消减,这种现象统称为气动光学效应。气动光学效应的存在严重影响了成像制导的精度,已经成为高速红外成像光学头罩研制亟待解决的关键技术之一。超声速湍流边界层作为高速光学头罩绕流中的典型结构之一,已经成为气动光学效应研究的重要内容。基于纳米示踪粒子的平面激光散射(Nano-tracer-based Planar Laser Scattering,NPLS)技术具有高时空分辨率的特点,可以实现高速流动精细结构和时间演化过程的有效捕捉。这种技术特点给气动光学效应研究提供很大的便利。基于NPLS技术获取的超声速(马赫3)湍流边界层流动显示结果,对超声速湍流边界层不同区域气动光学效应贡献特点,不同特征尺度湍流结构以及光线入射角度对超声速湍流边界层气动光学效应的影响及内在机理进行了研究。结论充分反映了超声速湍流边界层中大尺度结构在气动光学效应中的主导作用。并且从通用气动光学联系方程出发,结合空间两点互相关分析方法验证了湍流结构各向异性对于不同光线入射角度下气动光学效应的影响。基于NPLS技术获取的高超声速(马赫6)湍流边界层流动显示结果,结合尺度不变特征变换匹配(Scale Invariant Feature Transformation,SIFT)方法对高超声速湍流边界层速度分布数据进行了提取,并且验证了利用该方法提取速度平均分布和脉动分布的可行性。结合空间两点互相关分析方法,研究了不同雷诺数下高超声速湍流边界层内湍流相干结构的空间分布规律。针对不同雷诺数下光线穿过高超声速湍流边界层后的远场分布特性研究结果表明,随着雷诺数的增加,光束的抖动分量增加并不显着,光束的扩散分量增加比较明显。考虑到折射率场厚度变化的影响,通过引入近场修正和构建双远心光路,提高了基于背景纹影(Background Oriented Schlieren,BOS)波前测试精度。利用标准平凸透镜定量评价了改进效果,验证了近场修正的可行性。研究了基于BOS波前测试技术空间分辨率、灵敏度以及动态测试范围的确定方法。明确了互相关质询窗口尺寸以及相互间隔尺寸对于波前重构精度的影响。不同状态和流向位置下超声速气膜气动光学效应研究结果表明:不同位置处,光程差均方根值(OPDrms)与ρ2/ρSL保持了相对较好的线性关系。在相同实验状态下,气动光学效应沿流向先增大后减小。相关结果验证了大孔径近似(Large Aperture Approximation,LAA)原理在相当大的范围内可以利用OPDrms对斯特列尔比(Strehl Ratio,SR)值进行有效的预测。基于KD-01高超声速炮风洞,我们构建了一个可以获取高超声速(马赫6)光学头罩从短曝光到长曝光下波前结果的气动光学效应测试平台。随着曝光时间的增加,低阶泽尼克(Zernike)多项式重构高阶畸变波前的精度逐渐提高,从62.2%提升至88.6%。这意味着曝光时间的增加有助于降低波前空间分布结构的复杂性,原理上可以降低波前自适应校正的难度。随着曝光时间的增加,高阶畸变波前(OPDhigh-order)对应的OPDrms逐渐增大,增加的幅度逐渐减小。与此同时,不同时刻OPDrms的差异逐渐减小,当曝光时间达到499μs时,这种差异接近于零。在不同曝光时间下,LAA原理都可以对SR值实现比较理想的预测。随着曝光时间的增加,成像积分分辨率呈现较明显的下降,最终稳定在1.43R0左右,相比曝光时间6ns时积分分辨率提升了大约30%。在曝光时间为20μs时,在喷流压比(Pressure Ratio of Jet,PRJ)等于零处,瞄视误差(Bore Sight Error,BSE)比较小。随着PRJ的增加,BSE逐渐增加,并且在PRJ=1处BSE存在局部小值。当PRJ>1时,BSE随着PRJ的增加逐渐增加。微型涡流发生器(Micro Vortex Generators,MVGs)的引入实现了对不同PRJ状态下OPDhigh-order的抑制,并且显着改善了波前的稳定性。
杨超,赵黄达,吴志刚[2](2019)在《吸气式高超声速飞行器热气动弹性研究进展》文中研究说明吸气式高超声速飞行器是当前航空航天领域研究的热点,该类飞行器通常使用超燃冲压发动机作为推进系统,并采用一体化设计方案,带来了一系列的气动弹性问题。首先阐述了吸气式高超声速飞行器机体/发动机一体化建模研究进展;随后介绍了热气动弹性/推进耦合、控制系统耦合以及不确定性分析等方面的热气动弹性动力学研究进展,并对相关热气动弹性试验研究进行了分析;最后对吸气式高超声速飞行器的热气动弹性问题提出了若干研究建议。
陈志强[3](2019)在《基于参数化降阶模型的高超声速气动弹性问题研究》文中提出高超声速飞行器一般是指在大气层或跨大气层中以5马赫以上的速度飞行的飞行器,是当前和未来飞行器的重要发展方向。高超声速飞行器通常采用细长的升力体布局,由于重量限制,机身和机翼具有一定柔性,加之流场、飞行动力学、结构动力学、控制器和推进系统之间的复杂相互作用,引起高超声速飞行器气动弹性和热气动弹性问题。准确且高效地预测气动力、热气动载荷、结构温度分布、热变形和热应力以及热结构的振动响应非常重要并极具挑战性。基于国内外高超声速气动弹性研究现状以及工程应用背景,本文开展了严酷气动加热环境下的高超声速机翼的热气动弹性问题研究。通过建立高超声速非定常气动力的参数化降阶方法、气动加热影响下的热模态重构方法,探索高效且准确的高超声速热气动弹性分析方法。同时研究基于非定常气动力的参数化降阶方法的高超声速气动伺服弹性现象。主要研究内容和学术贡献如下:(1)针对二元翼段,基于计算流体力学(CFD:Computational Fluid Dynamics)方法对高超声速气动弹性进行数值仿真,分析了迎角和飞行高度对颤振和极限环的影响。针对三维小展弦比机翼,基于CFD和计算热结构动力学(CTSD:Computational Thermo Structural Dynamics)技术计算气动加热结构的热模态,分析了不同飞行参数下气动加热对结构振动特性的影响,并进行了热气动弹性仿真。(2)基于小扰动下高超声速流的准定常效应,提出了一种高超声速非定常气动力参数化降阶方法(ROM:Reduced-Order Model)。首先,根据准稳态性质,利用定常CFD方法对稳态部分进行近似计算,然后使用活塞理论导出的简单解析表达式对非稳态效应进行修正。基于本征正交分解(POD:Proper Orthogonal Decomposition)和Kriging插值,构建了定常气动力的参数化ROM,将定常CFD的计算成本降至最低。数值结果表明:在广泛的参数空间内,该参数化ROM具有高效、高精度的优点。(3)基于Grassmann流形、流形测地线等概念,并结合最小二乘支持向量机(LS-SVM:Least Squares Support Vector Machine)提出了一种自适应POD方法。对于给定参数空间内的任意参数点,利用Grassmann流形切空间插值方法,生成了该参数点对应的新的POD模态矩阵。利用LS-SVM得到施加激励与相应POD系数之间的动态关系,得到了非定常气动力的参数化ROM。把该ROM与结构方程耦合,进行了气动弹性仿真。与直接CFD仿真结果的对比研究表明,该参数化ROM能够高效地预测气动特性、颤振边界和极限环振荡。(4)提出了一种基于Grassmann流形切空间插值和Kriging插值的热模态重构方法。在预先定义的飞行参数范围内选取有限样本点,基于CFD和CTSD技术获得各样本点处的模态数据。采用Grassmann流形切空间插值方法得到参数空间内任一飞行条件下的模态矩阵,应用Kriging代理模型建立了各阶固有频率与设计变量之间的近似关系,从而可快速且精确的获得对应的热模态数据。与前述的非定常气动力参数化ROM结合,构建一个高效和准确的高超声速热气动弹性分析方法。在参数空间内该方法可进行快速气动弹性响应的准确预测。与直接CFD/CTSD耦合方法比较,计算效率得到很大提高。(5)把前述提出的非定常气动力参数化ROM应用到高超声速气动伺服弹性分析中。采用自抗扰技术(ADRC:Active Disturbance Rejection Control)设计了自适应颤振抑制控制器。把LS-SVM嵌入到经典ADRC中,进而提高控制器的控制品质和鲁棒性。针对三自由度翼型的气动伺服弹性问题,设计了SVM-ADRC颤振抑制控制器。数值结果表明:与经典ADRC控制器相比,SVM-ADRC控制器在参数空间内具有更好的控制性能,可大幅提高颤振马赫数。
陈兵[4](2018)在《宽包线吸气式运载器机体/推进一体化耦合设计与分析》文中认为吸气式高超声速运载器是未来航天运输系统的重要发展方向。该类飞行器一般采用机体和发动机高度集成的构型,机体/推进一体化设计是其关键技术之一。相对于巡航类飞行器,吸气式运载器有着极宽的飞行包线,气动和推进耦合严重,兼顾高低速条件下的一体化性能存在很大困难;而且,该类飞行器尺度较大,结构变形带来了强烈的非线性流-固耦合现象,使机体/推进一体化问题更加复杂。本文以吸气式组合动力运载器为背景,研究宽包线、大尺度飞行器的机体/推进一体化设计,以及由此引发的内外流耦合、流-固耦合、流-固-热耦合和流-固-推进耦合等问题,建立适用于该类飞行器的一体化总体设计和分析方法,为该类飞行器的发展提供技术支撑。主要的研究内容如下:(1)针对宽包线吸气式运载器中存在的各类耦合和匹配问题,提出了基于多点/多目标优化的宽包线机体/推进一体化耦合设计流程,并针对给定的运载器背景,开展了一体化设计。通过分析宽包线机体/发动机一体化设计需求,提出了采用多个评估点及权重系数的一体化性能评价指标;针对一体化设计的复杂性,建立了分阶段的包含7个步骤的宽包线一体化设计流程;根据运载器的实际飞行特点,明确了机体/推进一体化的主要耦合问题,给出了对应的求解思路;以吸气式组合动力运载器为对象,开展一体化设计的应用研究。(2)针对机体/推进一体化设计中快速和高精度的性能分析需求,改进了一种适用于宽来流条件的“CFD+准一维流”的内外流耦合高效分析方法。通过分析一体化构型复杂的内外流耦合特征,引入隔离段核心流和燃烧室热壅塞问题处理方式,改进了准一维流方法,适应于Ma2-8+的双模态冲压发动机一体化性能分析;对比文献的实验结果和火箭基组合循环动力(RBCC)运载器机体/推进一体化自由射流风洞的实验结果,验证了所发展方法的计算精度。(3)针对前体/进气道压缩面壁面的高动压和高热流飞行环境,建立适应于多层防热壁板的流-固-热多场耦合分析方法,研究了进气道壁板的非线性流-固-热耦合问题。基于Von Karman大变形板理论和二阶活塞理论,改进了一类用于壁板的双向流-固-热耦合分析方法;分析了不同马赫数下进气道一级和二级压缩面壁板的非线性流-固及流-固-热耦合现象和机理,通过研究自由来流条件下阻尼和壁板长宽比对稳定边界的影响,明确了长宽比是影响壁板流-固耦合稳定边界的重要因素,且气动热影响下的壁板流-固耦合特性的时间效应对一体化性能有较大的负面影响。(4)针对宽包线变几何进气道唇口附近存在的复杂波系条件,建立了适用于进气道唇口的流-固耦合分析方法,研究了变几何进气道唇口的非线性流-固耦合问题。基于Hamilton原理和二阶活塞理论推导了进气道唇口的流-固耦合运动方程,并基于该方程研究了进气道唇口在不同参数影响下的非线性流-固耦合现象,明确了不同非线性刚度形式和马赫数状态对唇口的非线性流-固耦合现象的影响,且对比分析了不同动力学参数对耦合特性的影响强弱关系。(5)提出了一种基于本征正交分解技术(POD)的几何非线性结构动力学降阶策略,结合POD在流场快速预测中的应用,以及“CFD+准一维流”的内外流场耦合分析方法,发展了一体化流-固-推进快速耦合分析方法。采用该方法研究机体/推进一体化布局的流-固-推进耦合问题,明确了壁板的流-固耦合振动对一体化性能的影响。
霍霖[5](2017)在《高超声速飞行器体襟翼气动热弹性耦合建模与分析》文中认为高超声速滑翔式飞行器具有极强的突防性能和机动性能,被视为实现全球快速精确打击的利器。不同于传统的飞行器设计,高超声速飞行器设计有因其特殊的飞行性能而特有的挑战,其中在进行高超声速飞行时所面临的气动热弹性耦合就是一个关键的瓶颈问题。体襟翼因具有俯仰控制效率高、结构紧凑等优点,常作为高超声速滑翔/再入飞行器的气动控制面和主要的稳定、配平和控制装置,其控制效率对于高超声速飞行器的飞行安全及完成既定任务具有相当重要的意义,因此对体襟翼的气动热弹性耦合问题进行研究是十分必要的。本文在总结国内外相关研究的基础上,系统地开展高超声速飞行器体襟翼气热弹耦合特性研究。针对气动热弹性耦合分析中的关键问题开展研究,主要包括:为提高精度和效率改进数据接口技术;提出新的动网格质量反馈改进方法,增大网格变形能力,以满足大幅运动中的动网格计算;分析高超声速工况下体襟翼附近流场特性,对体襟翼结构进行优化设计;研究体襟翼气动热弹性耦合响应特性。具体研究内容如下:(1)针对多场耦合计算中不同场在耦合边界上的数据交互问题即耦合边界数据接口技术展开研究。在内投影常体积转换法的基础上,提出了基于非结构网格面元的内投影常体积转换法,并通过算例验证了该方法的数据插值能力。(2)针对气动热弹性耦合问题中的弹性体动网格方法变形能力,提出一套基于网格面积缩减系数和网格内角约束这两个网格质量参数的QC网格质量反馈改进弹性体动网格方法。并以旋转和平移这两种典型的边界运动模式算例对所提出的方法进行对比验证。(3)为分析高超声速飞行器体襟翼所遭遇的复杂而特殊的气动力/热环境,建立了体襟翼的二维和三维模型,对不同参数下的体襟翼附近流场进行了数值计算分析。重点研究铰链线缝隙流对体襟翼表面载荷分布及其控制效率的影响,并基于流场分析的结果对体襟翼模型的结构参数进行优化。(4)对体襟翼气动热弹性耦合响应特性进行了深入的分析。采用分层耦合求解策略,并建立了基于CFD的三阶当地流活塞理论非定常气动力模型,对本文所建立的采用C/SiC材料的体襟翼几何模型进行气动热弹性耦合响应研究。分析了不同高度、马赫数和飞行攻角下体襟翼的结构响应特性,并对高超声速工况下的颤振现象进行了研究。最后对本文工作进行了总结,指出了现阶段存在的问题和今后研究工作开展的方向。
田宪科[6](2017)在《高超声速飞行器气动/推进一体化设计与动力学耦合分析》文中研究表明吸气式高超声速飞行器具有气动/推进/控制强耦合的特点,飞行器总体和飞行动力学与控制系统设计必须基于高超声速气动/推进一体化模型。目前,面向总体设计与飞行动力学特性研究的气动/推进一体化分析方法主要有精度高较费时的数值模拟、精度低快速的工程解析计算和不利于机理分析的代理模型。论文面向总体与飞行动力学特性研究,考虑超燃冲压发动机溢流、隔离段-燃烧室匹配、模态转换和设计空气流量等工作性能约束,建立较为精准的气动/推进工程计算模型,开展高超声速飞行器气动/推进一体化设计和飞行动力学耦合特性研究。以类乘波体吸气式高超声速飞行器为研究对象,首先,从流体动力学基本方程出发厘清各种气动力/推进系统工程计算模型间的关系,基于气动函数推导出面向总体与飞行动力学研究的积分型推进系统模型,与数值模拟计算及风洞试验结果进行了对比分析和验证;其次,从飞行动力学研究需求出发,建立超燃冲压发动机溢流、起动、隔离段-燃烧室匹配和设计空气流量等性能约束模型,分析推进系统总体性能;然后,利用改进选择策略的自适应动态反馈布谷鸟搜索算法开展飞行器气动/推进一体化设计,得到Pareto最优前沿,给出最优决策方案构型;最后,研究飞行动力学耦合特性,分析气动/推进一体化静态耦合力学特性及其对飞行动态特性的影响机理,给出状态变量、控制变量和运动模态间的六种动态耦合测度,为控制系统设计、分析和综合等提供较有价值的参考依据。主要创新性成果如下:1)面向总体设计与飞行动力学研究,提出推进系统准一维流计算积分模型。基于气体动力学函数推导出积分型式气流贴壁区和分离区解析模型,应用于准一维流推进系统流动计算。研究结果表明,构建的气动力/推进系统工程模型计算结果与FLUENT数值模拟及风洞试验一致,能较好捕捉飞行器一体化流场气流参数的主要特征,模拟燃烧室气流分离及燃烧模态转换,通气和点火时飞行器轴向力与风洞试验的误差分别为0.89%和6.77%,具有较高精度;在远离音速时计算结果与传统定常准一维流模型的精度相同,同时克服了传统模型求解微分方程和音速时奇点及其附近参数振荡。2)对超燃冲压发动机溢流,隔离段-燃烧室匹配和设计空气流量等工作性能约束进行了研究。首先,通过分析前体构型的几何关系提出流量系数模型,揭示飞行马赫数低于设计马赫数或攻角大于设计攻角时前体-进气道的溢流变化规律;其次,构建隔离段-燃烧室匹配特性计算模型,研究当量比的变化对燃烧室气流分离和燃烧模态的影响规律;最后,给出面向总体设计的空气流量数学模型,揭示设计空气流量与燃料特性、设计航程和设计巡航速度等的内在关系;弥补了传统工程计算模型的不足,进一步完善气动力/推进系统模型,为气动/推进一体化总体性能研究和飞行动力学特性分析等提供更为合理的工程模型基础。3)提出气动/推进静态耦合测度与飞行动态耦合测度新方法,研究气动/推进耦合作用对飞行动态特性的影响。首先,基于方差理论和代理模型提出一种气动/推进静态耦合测度新方法,通过星点试验设计开展马赫数、攻角和当量比对力系数及力矩系数贡献程度的定量分析,确定了力系数及力矩系数的主要影响因素及其作用形式;然后,基于时域矩阵特征值扰动理论和频域分析方法揭示气动/推进耦合作用对飞行状态变量和运动模态等飞行动态特性的影响机理;最后,通过飞行状态方程的零输入和零状态运动分析及矢量间夹角提出状态变量、控制变量和运动模态间的六种动态耦合测度,定量分析长周期状态变量、短周期状态变量、长周期运动模态、短周期运动模态、舵面及当量比(油门)间的动态耦合。
丁叁叁[7](2016)在《高速列车车体设计关键技术研究》文中进行了进一步梳理我国高速铁路发展迅速,四纵四横客运专线已初步建成,高速列车已研发出众多系列,时速覆盖200~400公里。车体作为高速列车的主要承载部件,服役环境复杂,载荷冲击剧烈,进而对高速列车的运行安全性、舒适性、环保性及经济性产生显着影响。高速列车车体设计应在保证足够的强度与刚度、优良的振动与疲劳特性的前提下,提升高速列车车体气动性能,减轻高速列车车体重量,并能够在异常冲击情况下,对乘客提供安全防护。为此,本文将着重开展高速列车车体气动设计、被动安全设计及轻量化设计关键技术研究,主要研究内容如下:(1)构建高速列车气动性能研究数值计算及缩比模型试验方法。研究数值计算各要素对高速列车气动性能计算结果的影响,得到其影响规律,提出高速列车气动性能数值计算中边界条件、湍流模型、缩比尺度、来流速度等系列要素选取的推荐值。研究缩比模型试验各要素对高速列车气动性能试验结果的影响,提出高速列车气动性能缩比模型试验中缩比尺度、Reynolds数、线路条件、相似准则等系列要素选取的推荐值。(2)建立高速列车气动外形精细化设计方法。针对高速动车组统型断面的车体高度增加及断面形状变化等问题,研究车体断面、长细比、导流槽等主要设计变量的设置及车顶平顺化处理的不同方式对高速列车气动性能的影响。基于自由变形法和样条曲面法建立最优头型方案的三维参数化模型,利用Kriging代理模型建立高速列车气动阻力及气动噪声响应面模型,结合多目标自适应遗传算法,得到气动性能最优的高速列车流线型头型方案;针对受电弓、转向架及车端风挡三个关键区域,通过结构表面平顺化设计,确定最优的表面平顺化设计方案。通过缩比模型试验、整车气动仿真和实车线路试验方法验证了该高速列车外形方案的空气动力学性能最优。(3)建立高速列车多级吸能协同设计方法,形成设计方案并工程化。构建高速列车三维刚柔耦合撞击动力学分析模型,建立多体刚柔耦合快速求解方法,确定了各车辆撞击过程中的撞击力、速度、减速度、撞击作用时间等一系列参数及各车辆吸能量;依据该能量分配方案,开展了全包覆外形车体多级吸能协同设计、主吸能结构耐撞性优选设计、头罩自动破损设计及排障器过载设计并进行元部件试验验证,形成了高速列车系统级耐撞性设计方法。以某型高速列车设计为实例,确定了整车多级吸能耐撞性设计方案,建立了整车精细有限元数值模型,开展了显式有限元仿真分析,并采用大部件碰撞试验验证方案的科学性与可行性,耐冲击吸能车体位移、吸能量等关键指标满足EN15227评判要求。(4)建立高速列车车体结构轻量化设计方法,形成设计方案并工程化。建立车体结构快速仿真计算方法,将复杂的车体有限元模型简化为车体轮廓线有限元模型,提高计算效率。采用结构优化设计方法,分析和确定优化变量、约束条件和目标函数,运用强度理论和优化设计分析程序,开展在刚度匹配条件下的断面结构轻量化分析,确定了轮廓线空间、尺寸和约束对应关系。建立高速铝合金车体的有限元模型,按照EN12663-1:2010标准进行了有限元分析;在此基础上计算了车体结构对设计变量的位移和应力灵敏度;基于灵敏度的知识信息,最终形成了结构轻量化的车体优化方案,该方法在第三阶段列车车体设计中得到工程化应用,并且经受住了性能测试和线路运行的严格考核。
张胜涛[8](2016)在《高超声速飞行器多物理场耦合问题建模与分析研究》文中研究表明在近空间大气层内能够进行高超声速远程机动飞行的新一代吸气式高超声速飞行器具有极其重要的军事战略意义和广泛的民用前景,是目前各航空航天大国的研究热点。论文针对该类高超声速飞行器在具有复杂流场、高焓、中低热流和持续长时间气动加热等特征的气动热力学环境条件下所迫切需要解决的非烧蚀热防护和热气动弹性等关键问题,重点开展了高超声速流场、热和结构等多物理场耦合基础物理问题的数值建模与分析研究。首先从物理本质机理和系统工程角度全局性剖析了高超声速流场、热和结构等各物理场间复杂的耦合结构关系,明确了多场耦合的层次关系和相关表征概念划分;然后遵循从简单到复杂、从局部到整体、循序渐进的研究理念,按照“先流后固,逐级耦合”的思路开展了以下几个方面研究工作:1)开展了高超声速气动热力学耦合问题的建模与分析研究。分别考虑量热完全气体模型和高温化学非平衡气体模型,研究和发展了一套具有较高的预测精度和可靠性的适用于三维复杂流动问题的高超声速气动力/气动热的数值模拟方法。在方法研究基础上,集成研制了基于分区多块结构化网格系统的高超声速气动力/气动热的数值模拟程序。选取大量具有详细试验数据的典型算例进行了较为系统的验证和评估研究。2)开展了高超声速流场-热耦合问题的建模与分析研究。深入地分析了高超声速流场-热耦合问题的耦合机理过程,构建了其多场耦合模型的数学物理描述,并提出了有效的耦合分析策略。在耦合分析策略的框架下,发展了一种自适应耦合计算时间步长方法,提出了一种综合考虑耦合变量物理特性和不同插值方法特点的混合插值策略,通过集成高超声速气动热力学数值模拟程序和通用有限元热传导分析软件,实现了高超声速流场-热耦合问题的多场耦合一体化分析程序平台。以典型结构模型为应用实例进行了高超声速流场-热耦合问题相关耦合特征和规律的分析研究。3)开展了高超声速流场-热-结构耦合问题的建模与分析研究。深入地分析了高超声速流场-热-结构耦合问题的耦合机理过程,构建了其多场耦合模型的数学物理描述,并提出了有效的耦合分析策略。在高超声速流场-热耦合问题的多场耦合一体化分析方法基础上,进一步扩展了混合插值策略的适用性,同时发展了一种快速的复杂外形网格变形方法,通过集成高超声速气动热力学数值模拟程序和通用有限元热-结构耦合分析软件,进一步实现了高超声速流场-热-结构耦合问题的多场耦合一体化分析程序平台。以典型结构模型为应用实例进行了高超声速流场-热-结构耦合问题相关耦合特征和规律的分析研究。4)开展了基于流场-热-结构耦合的结构热模态问题研究。通过分析热效应对固体结构的固有振动特性的影响机理,进一步研究和发展了基于多场耦合一体化的结构热模态问题分析策略和方法。以典型高超声速机翼结构模型为应用实例进行了结构热模态特性的分析研究。通过上述研究工作,本论文主要取得以下创新点:1)针对高超声速流场、热和结构等多物理场耦合问题开展了机理研究,分层次地构建了合理的多场耦合数理模型;2)提出了有效的多场耦合分析策略,并综合形成了一套具有工程适用性的高效的多场耦合一体化分析方法。这些成果为深入开展吸气式高超声速飞行器热防护系统的综合性能评估及优化研究,以及静态或动态热气动弹性问题研究提供了理论与技术支撑。
杨国伟,魏宇杰,赵桂林,刘玉标,曾晓辉,邢云林,赖姜,张营营,吴晗,陈启生,刘秋生,李家春,胡开鑫,杨中平,刘文正,王文静,孙守光,张卫华,周宁,李瑞平,吕青松,金学松,温泽峰,肖新标,赵鑫,崔大宾,吴兵,钟硕乔,周信[9](2015)在《高速列车的关键力学问题》文中研究说明在过去10年时间,中国和谐号系列高速列车经历了一系列速度上的飞跃.在最初引进消化吸收基础上,研制了新一代高速列车并大规模投入运营,伴随这一过程的大量试验与工程实践,大大促进了对高速铁路这样一个车-线-网-气流强耦合的复杂大系统中的关键力学问题的深入理解和全面研究.该文将从6个方面对高速列车研制和运行过程中的典型力学问题的研究进展以及未来的研究方向做一个梳理.考虑到这样一个大系统的复杂性,同时也为了使对高速列车感兴趣的技术与科研人员对这些力学问题有一个比较全面的认识,文中将分别就高速列车的空气动力学、弓网关系、车体振动与车体模态设计、车体运行稳定性、高速轮轨关系、关键结构的运行可靠性和列车噪声等方面的研究进行总结和展望.同时也对中国及国际高速列车发展趋势及其中的力学问题做了一个简要介绍.
陈植[10](2015)在《超燃冲压发动机隔离段流动机理及其控制的试验研究》文中研究说明高超声速推进技术是国际前沿的研究热点,其中双模态超燃冲压发动机技术的发展受到极大关注。隔离段作为双模态超燃冲压发动机的重要组成部分,具有实现发动机模态转换、匹配燃烧室入口条件、防止发动机不启动等作用,对发动机的性能具有关键性影响。激波串结构是隔离段内部一种连续激波结构与边界层之间强烈的相互作用的流动现象,具有明显的三维性、非定常性。目前国内外关于隔离段精细流动结构的试验研究极少,而其流动机理的进一步研究对传统的测试技术又提出了较大的挑战。为此,本文设计了2座适合开展NPLS(Nanoparticle-based Planar Laser Scattering)精细流动测量的隔离段试验风洞,采用NPLS、高频压力测量、高速纹影等试验技术,开展了隔离段的流场时空结构特性、流动控制、边界条件对隔离段性能的影响、进气道-隔离段-点火区后台阶流场结构等方面的试验研究。通过图像技术、小波分解、POD(Proper Orthogonal Decomposition)分解等方法,分析了激波串流场复杂的瞬态三维结构、非定常性、压力脉动、激波串前缘检测、流动控制效果等方面的特性。采用NPLS技术获得了隔离段激波串流场的瞬态结构,研究结果表明激波串结构引起了隔离段壁面边界层的多次分离、再附,并且在大宽/高比截面的隔离段中展向与流向的激波串结构表现出明显的非同步性,其结构的三维性非常突出。流动结构的非定常性研究表明,激波串结构的相关性系数随时间的变化满足指数关系。当时间间隔小于20μs时,激波串主要是出现小尺度结构变化;而当时间间隔大于20μs时,激波串则开始出现大尺度变形、退化、消失和移动。基于NPLS技术以及图像处理能够直观地测量到激波串长度,与压力测量对比表明两种方法的结果较为符合。采用了功率谱分析、标准差、累和等多种方法探测激波串前缘位置,分析了激波串在形成以及向上游运动的过程中的压力特征:在激波串形成之后,其前缘位置出现压力脉动的最大幅值;激波串前缘过后,脉动有所降低,但压力继续维持升高趋势;当不启动发生时或激波串退回下游之后,脉动幅值又恢复到之前状态。激波串的运动受下游的节流速度影响,但是反压的变化相对而言是描述激波串运动规律的更好途径。无量纲分析表明,反压与激波串前缘位置之间呈抛物线关系。小波分解的结果显示,根据不同频率的压力脉动分量大小可以将激波串的运动分为3种亚状态,包括以低频压力脉动为主的激波串头部到达、以高频压力脉动为主、且向不启动状态转变的过渡状态以及两者中间相对稳定的状态。对于流动控制方面,在隔离段入口分别布置了流向Delta涡流发生器和展向梯形涡流发生器阵列,其结果表明:在流向Delta涡流发生器作用下,激波串结构受流向涡量作用时发生剧烈变形;而受展向梯形涡流发生器的影响,隔离段则产生相对较薄的边界层以及一系列分叉正激波组成的激波串。在通流状态下,无控制隔离段能够获得最大的压力恢复;而当隔离段工作于亚燃状态时,受到高压比的作用,梯形控制方法则能够获得更大的压力恢复与推力;当隔离段处于临界状态时,梯形涡流发生器控制可以得到更高的抗反压能力。为了探索非对称来流条件对隔离段流场的影响,开展了来流马赫数Ma=3.0,3.4,3.8,4.2、入口头罩攻角在0°16°范围的隔离段流场试验研究。结果表明头罩攻角为0°2°时,收缩比较大、易造成隔离段非正常启动,尤其是低马赫数时。4°12°时,各马赫数都较容易启动。14°16°时,在高马赫数时表现较好。因此头罩攻角在4°12°范围内能够为隔离段启动提供适度收缩的启动条件。隔离段出口的节流装置可以模拟隔离段从通流状态至隔离段堵塞而不启动状态。结果表明由于隔离段堵塞,出口反压增大向上游传递,导致了严重的边界层分离、强烈的激波边界层相互作用以及滑移线上移等。压力分布曲线显示,8°头罩攻角下的隔离段能够提供最大抗反压能力。在相同节流条件下随着马赫数的增加,隔离段的启动情况得到改善。在高超声速脉冲风洞中开展了进气道-隔离段整体性能研究,结果表明:进气道前体压缩面的前缘半径增大,将导致前体压缩面的壁面边界层厚度增加、转捩提前。而进气道整体攻角的增大,则主要引起前体压缩面的壁面边界层转捩提前。进气道头罩角度的增大使收缩比逐渐增大、压力分布震荡加剧同时启动性能降低。采用NPLS-DT(NPLS-Density Testing)及光线追迹法分析了隔离段下游燃烧室作为点火区的后台阶流场,其OPD(Optic Path Difference)分布以及POD分解的物理解释表明,点火区再附现象伴随了强烈的密度脉动对激波串和火焰的稳定性产生较大影响。
二、等熵轻质活塞风洞中活塞质量对匹配压力振荡的影响(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、等熵轻质活塞风洞中活塞质量对匹配压力振荡的影响(论文提纲范文)
(1)(高)超声速光学头罩气动光学效应实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 气动光学基础理论 |
1.1.2 气动光学效应研究进展 |
1.1.3 高速光学头罩研究模型构建 |
1.2 高速光学头罩气动光学效应相似准则研究 |
1.2.1 基于Π定理的光学头罩气动光学效应相似准则研究 |
1.2.2 飞行状态参数对于光学头罩气动光学效应的影响 |
1.2.3 光学参数对于光学头罩气动光学效应的影响 |
1.3 典型流动结构气动光学效应研究 |
1.3.1 混合层 |
1.3.2 湍流边界层 |
1.3.3 激波 |
1.4 气动光学光学效应抑制方法研究 |
1.5 小结 |
第二章 试验设备及相关测试技术 |
2.1 测试技术及方法 |
2.1.1 NPLS技术 |
2.1.2 BOS技术 |
2.2 风洞设备 |
2.2.1 100mm×120mm超声速直连风洞 |
2.2.2 260mm×260mm高超声速直连风洞 |
2.2.3 高超声速炮风洞 |
2.3 小结 |
第三章 超声速湍流边界层气动光学效应研究 |
3.1 超声速湍流边界层实验模型 |
3.2 测试结果可靠性验证 |
3.3 气动光学联系方程在超声速湍流边界层中的应用 |
3.4 超声速湍流边界层气动光学效应分布规律研究 |
3.4.1 边界层内不同区域对气动光学效应的贡献 |
3.4.2 不同特征尺度湍流结构对气动光学效应的影响 |
3.4.3 不同光线入射角度对于气动光学效应的影响 |
3.5 小结 |
第四章 高超声速湍流边界层气动光学效应研究 |
4.1 高超声速湍流边界层实验模型 |
4.2 基于SIFT算法的高超声速湍流边界层速度场测试技术 |
4.2.1 基于SIFT算法的速度获取方法 |
4.2.2 SIFT算法特征点匹配精度测试 |
4.2.3 高超声速湍流边界层速度测试结果分析与校验 |
4.3 雷诺数对高超声速湍流边界层相干结构的影响 |
4.4 高超声速湍流边界层气动光学效应分布规律研究 |
4.4.1 高超声速湍流边界层密度分布特征 |
4.4.2 雷诺数对高超声速湍流边界层气动光学效应的影响 |
4.5 小结 |
第五章 超声速气膜气动光学效应研究 |
5.1 超声速气膜气动光学效应实验装置 |
5.1.1 超声速气膜实验模型 |
5.1.2 超声速气膜气动光学效应测试平台 |
5.2 基于近场背景纹影的波前测试技术 |
5.2.1 基本原理 |
5.2.2 空间分辨率、灵敏度与动态测试范围分析 |
5.2.3 近场校正结果验证与分析 |
5.3 互相关质询窗口设置对于波前重构精度的影响 |
5.4 不同位置和状态下超声速气膜气动光学效应研究 |
5.5 小结 |
第六章 高超声速光学头罩气动光学效应研究 |
6.1 高超声速光学头罩实验装置 |
6.1.1 高超声速光学头罩实验模型 |
6.1.2 高速光学头罩气动光学效应测试平台 |
6.2 曝光时间对于气动光学效应的影响 |
6.2.1 高超声速光学头罩瞬态波前分布及初步分析 |
6.2.2 OPD结果分析及Zernike多项式分解 |
6.2.3 曝光时间对高超声速光学头罩成像质量的影响 |
6.3 高超声速光学头罩气动光学效应抑制初步研究 |
6.3.1 有/无流动控制下瞄视误差(BSE)与喷流压比(PRJ)之间的关系 |
6.3.2 有/无流动控制下气动光学波前高阶畸变与PRJ之间的关系 |
6.4 小结 |
第七章 结论与展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
附录A 符号表 |
附录B 缩略词表 |
(2)吸气式高超声速飞行器热气动弹性研究进展(论文提纲范文)
1 吸气式高超声速飞行器一体化建模研究进展 |
1.1 适合全机动力学耦合分析的超燃冲压发动机建模进展 |
1.2 全飞行器一体化动力学建模 |
1)二维模型 |
2)三维模型 |
2 吸气式高超声速飞行器热气动弹性动力学问题研究进展 |
2.1 热气动弹性/推进耦合问题 |
2.2 气动、结构、控制耦合 |
2.3 吸气式高超声速飞行器的气动弹性强不确定性 |
2.4 相关试验研究进展 |
3 结束语 |
(3)基于参数化降阶模型的高超声速气动弹性问题研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
注释表 |
缩略词 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 高超声速气动弹性问题研究现状 |
1.2.1 气动加热建模方法 |
1.2.2 非定常气动力建模方法 |
1.2.3 高超声速热气动弹性建模方法 |
1.3 气动弹性降阶模型研究现状 |
1.3.1 气动力降阶方法 |
1.3.2 气动热降阶方法 |
1.3.3 参数化降阶方法 |
1.4 高超声速气动伺服弹性问题研究现状 |
1.4.1 高超声速气动伺服弹性建模 |
1.4.2 自抗扰控制 |
1.5 本文的研究内容和结构安排 |
第二章 基于CFD的高超声速气动弹性分析 |
2.1 引言 |
2.2 基于CFD技术的空气动力模型 |
2.2.1 控制方程及无量纲化 |
2.2.2 空间离散 |
2.2.3 时间离散 |
2.2.4 边界条件 |
2.2.5 湍流模型 |
2.2.6 动网格方法 |
2.3 高超声速气动弹性分析 |
2.3.1 高超声速气动弹性求解过程概述 |
2.3.2 算例研究 |
2.4 高超声速热气动弹性分析 |
2.4.1 高超声速气动加热与热模态分析 |
2.4.2 高超声速热气动弹性求解过程概述 |
2.4.3 算例研究 |
2.5 小结 |
第三章 高超声速非定常气动力参数化降阶模型 |
3.1 引言 |
3.2 基于准定常假设的降阶方法 |
3.2.1 Donov三阶活塞理论 |
3.2.2 定常气动力的参数化降阶 |
3.2.3 PT-ROM方法的构建过程及误差分析 |
3.3 数值仿真及PT-ROM方法精度分析 |
3.3.1 POD保留模态个数和样本点个数对模型误差的影响 |
3.3.2 马赫数、迎角和侧滑角测试 |
3.3.3 PT-ROM模型精度分析 |
3.4 小结 |
第四章 基于参数化降阶方法的热气动弹性分析 |
4.1 引言 |
4.2 关于Grassmann流形的基本概念和数学结论 |
4.2.1 Grassmann流形及其在一点上的切空间 |
4.2.2 Grassmann流形上的测地线 |
4.3 自适应本征正交分解 |
4.3.1 Grassmann流形切空间插值POD模态矩阵 |
4.3.2 POD系数近似:最小二乘支持向量机 |
4.4 非定常气动力参数化降阶模型的建模方法 |
4.5 参数化降阶模型的精度和效率分析 |
4.6 基于参数化降阶模型的气动弹性分析 |
4.6.1 高超声速颤振边界预测 |
4.6.2 极限环现象预测 |
4.7 基于参数化降阶模型的热气动弹性分析 |
4.7.1 热模态重构 |
4.7.2 算例研究 |
4.8 小结 |
第五章 高超声速气动伺服弹性系统建模及控制 |
5.1 引言 |
5.2 气动伺服弹性系统建模 |
5.2.1 结构动力学模型 |
5.2.2 非定常气动力参数化降阶 |
5.2.3 基于支持向量机的自适应自抗扰控制器设计 |
5.3 数值仿真 |
5.3.1 高超声速开环气动伺服弹性分析 |
5.3.2 高超声速闭环气动伺服弹性分析 |
5.3.3 标准ADRC与 SVM-ADRC控制效果比较 |
5.4 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本文主要工作总结 |
6.2 未来研究内容展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(4)宽包线吸气式运载器机体/推进一体化耦合设计与分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 吸气式高超声速飞行器的发展与问题分析 |
1.2.1 吸气式高超声速飞行器发展概况与趋势分析 |
1.2.2 吸气式高超声速飞行器关键技术总结 |
1.3 机体/推进一体化研究综述 |
1.3.1 机体/推进一体化设计 |
1.3.2 机体/推进一体化耦合性能分析 |
1.3.3 多场耦合作用下的机体/推进一体化问题研究 |
1.4 本文研究内容 |
1.4.1 研究目标和内容 |
1.4.2 研究内容组织 |
第2章 面向宽包线/大尺度的机体/推进一体化设计流程 |
2.1 一体化设计问题分析 |
2.1.1 问题描述与挑战性分析 |
2.1.2 一体化性能评价指标 |
2.2 宽包线机体/推进一体化设计流程 |
2.2.1 一体化布局选型 |
2.2.2 流道主要参数设计 |
2.2.3 机体/推进一体化部件设计 |
2.2.4 一体化匹配设计 |
2.2.5 关键部件的细化设计 |
2.2.6 一体化设计的评估 |
2.2.7 考虑多场耦合作用下的一体化设计 |
2.3 复杂飞行环境下的机体/推进一体化耦合分析方法 |
2.3.1 内外流耦合分析方法 |
2.3.2 流-固-热耦合分析方法 |
2.3.3 流-固-推进耦合分析方法 |
2.4 本章小结 |
第3章 机体/推进一体化内外流耦合分析方法 |
3.1 内外流耦合问题 |
3.1.1 内外流耦合问题描述 |
3.1.2 内外流耦合求解策略 |
3.2 机体/推进一体化内外流耦合分析方法 |
3.2.1 基于CFD的气动分析方法 |
3.2.2 基于准一维流的内流分析 |
3.3 内外流耦合分析算例验证 |
3.3.1 基于吸气式运载器的CFD验证 |
3.3.2 双模态超燃冲压发动机准一维流分析 |
3.3.3 机体/推进一体化自由射流实验及对比分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 宽包线机体/推进一体化构型设计 |
4.1 机体/推进一体化布局匹配设计指标 |
4.1.1 一体化匹配设计要求 |
4.1.2 优化设计目标与约束 |
4.1.3 机体/推进一体化参数分解 |
4.2 宽包线机体/推进一体化设计 |
4.2.1 机体/推进一体化布局的选型分析 |
4.2.2 一体化布局的参数化 |
4.2.3 基于流推力函数的机体/推进一体化初始优化设计 |
4.2.4 机体/推进一体化匹配设计 |
4.2.5 机体/推进一体化布局的风洞实验验证 |
4.3 吸气式运载器进/排气系统细化设计 |
4.3.1 变几何进气道设计 |
4.3.2 宽飞行包线尾喷管设计 |
4.4 机体/推进一体化性能分析 |
4.4.1 主要参数的敏感性分析 |
4.4.2 一体化性能分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 进气道压缩面壁板的非线性流-固-热耦合性能分析 |
5.1 进气道压缩面的多场耦合问题描述 |
5.2 基本分析方法 |
5.2.1 壁面流动特性分析 |
5.2.2 非定常气动力计算模型 |
5.2.3 气动热计算模型 |
5.2.4 壁板传热模型 |
5.3 多场耦合分析方法 |
5.3.1 壁板的流-固耦合建模 |
5.3.2 壁板流-固-热耦合分析模型 |
5.3.3 流-固-热耦合求解方法 |
5.4 壁板的多场耦合现象分析 |
5.4.1 自由来流条件下壁板流-固耦合特性 |
5.4.2 进气道压缩面壁板非线性流-固耦合特性分析 |
5.4.3 进气道压缩面壁板的流-固-热耦合现象分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 进气道唇口的非线性耦合性能分析 |
6.1 进气道唇口的非线性流-固耦合问题 |
6.1.1 进气道唇口的流动特征 |
6.1.2 进气道唇口的流-固耦合现象 |
6.2 非线性流-固耦合运动方程 |
6.3 非线性建模 |
6.3.1 结构非线性 |
6.3.2 气动非线性 |
6.4 数值求解方法 |
6.5 进气道唇口的流-固耦合现象分析 |
6.5.1 唇口的极限环振荡 |
6.5.2 不同来流马赫数下的唇口流-固耦合现象分析 |
6.5.3 不同动力学参数对唇口流-固耦合特性的影响 |
6.6 本章小结 |
第7章 基于POD降阶的一体化流-固-推进耦合分析 |
7.1 机体/推进一体化的流-固-推进耦合分析问题 |
7.2 机体/推进一体化流-固-推进耦合分析方法 |
7.3 基于本征正交分解的非线性耦合加速求解技术 |
7.3.1 POD基本理论与方法 |
7.3.2 基于POD的流场快速预测 |
7.3.3 基于POD的非线性结构动力学降阶 |
7.4 基于POD的流-固-推进耦合特性分析 |
7.4.1 基于POD的非定常初始流场的快速生成 |
7.4.2 基于时域POD的进气道压缩面结构动力学降阶 |
7.4.3 机体/推进一体化流-固-推进耦合特性分析 |
7.5 本章小结 |
第8章 总结与展望 |
8.1 研究工作和创新点总结 |
8.2 未来研究展望 |
参考文献 |
附录A 考虑核心流的准一维流控制方程 |
附录B 系统转动几何非线性刚度求解 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
(5)高超声速飞行器体襟翼气动热弹性耦合建模与分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 关键技术及其相关研究进展 |
1.2.1 动网格技术 |
1.2.2 数据接口技术 |
1.2.3 超声速非定常气动力工程算法-活塞理论 |
1.2.4 气动热弹性多场耦合 |
1.3 论文主要内容及其组织结构 |
第二章 耦合边界数据接口技术研究 |
2.1 数据交互算法 |
2.1.1 最近邻点插值法 |
2.1.2 径向基函数法 |
2.1.3 常体积转换法 |
2.2 基于非结构网格面元的内投影常体积转换法 |
2.2.1 插值四面体构造原则 |
2.2.2 插值四面体的构造 |
2.3 基于非结构网格面元的内投影常体积转换法耦合边界数据交换 |
2.3.1 验证算例 |
2.3.2 高超声速飞行器翼面载荷数据传递 |
2.4 本章小结 |
第三章 弹性体动网格技术研究 |
3.1 弹性体法控制方程 |
3.2 经典弹性体动网格方法 |
3.2.1 线性弹性体方法 |
3.2.2 非线性弹性体方法 |
3.3 改进的非线性弹性体方法 |
3.3.1 经典方法控制参数改进 |
3.3.2 网格质量反馈改进 |
3.4 网格质量评价指标 |
3.5 算例验证 |
3.5.1 俯仰运动算例验证 |
3.5.2 平移运动算例验证 |
3.6 本章小结 |
第四章 体襟翼结构设计及载荷环境研究 |
4.1 二维气动力及体襟翼结构设计 |
4.1.1 几何模型 |
4.1.2 流场计算模型 |
4.1.3 网格收敛性分析 |
4.1.4 缝隙流对体襟翼表面气动力分布的影响 |
4.1.5 缝隙流影响因素分析 |
4.2 三维气动力及体襟翼结构设计 |
4.2.1 几何模型与流场计算模型 |
4.2.2 三维体襟翼模型流场分析 |
4.2.3 体襟翼三维结构设计 |
4.3 本章小结 |
第五章 体襟翼气动热弹性耦合特性研究 |
5.1 物理模型 |
5.1.1 耦合模型 |
5.1.2 耦合计算机理 |
5.2 计算方法 |
5.2.1 非定常气动力模型 |
5.2.2 颤振边界计算 |
5.3 体襟翼气动热弹性耦合特性仿真分析 |
5.3.1 二维简化体襟翼模型耦合特性仿真分析 |
5.3.2 壁板气动热弹性响应分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文主要研究工作 |
6.2 论文创新点 |
6.3 进一步研究的建议 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
(6)高超声速飞行器气动/推进一体化设计与动力学耦合分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 吸气式高超声速飞行器 |
1.1.1 吸气式高超声速飞行器概念 |
1.1.2 吸气式高超声速飞行器特点 |
1.1.3 吸气式高超声速飞行器意义 |
1.1.4 吸气式高超声速飞行器发展概况 |
1.2 关键技术 |
1.3 气动/推进一体化设计及飞行动力学研究综述 |
1.3.1 气动/推进一体化建模 |
1.3.2 气动/推进一体化设计 |
1.3.3 飞行动力学研究 |
1.4 论文研究拟解决的问题 |
1.5 论文研究内容及组织结构 |
第2章 面向总体与飞行动力学的气动力/推进系统建模 |
2.1 几何构型描述 |
2.2 流体动力学基本方程 |
2.3 气动力建模及其改进 |
2.3.1 经典气动力工程计算方法 |
2.3.2 改进的无黏气动力工程计算方法 |
2.3.3 改进的黏性气动力工程计算方法 |
2.4 推进系统建模及其改进 |
2.4.1 经典推进系统工程计算方法 |
2.4.2 积分型推进系统工程计算方法 |
2.5 算例验证及仿真结果分析 |
2.5.1 气动力工程模型对比分析 |
2.5.2 推进系统工程模型对比分析 |
2.5.3 气动力/推进系统工程计算模型与FLUENT数值模拟对比分析 |
2.5.4 风洞试验验证及分析 |
2.6 小结 |
第3章 面向总体与飞行动力学的推进系统性能研究 |
3.1 前体-进气道溢流和起动特性 |
3.1.1 前体-进气道溢流特性 |
3.1.2 前体-进气道起动特性 |
3.1.3 算例验证及仿真结果分析 |
3.2 隔离段-燃烧室匹配特性 |
3.2.1 隔离段-燃烧室匹配特性分析 |
3.2.2 隔离段-燃烧室匹配特性计算模型 |
3.2.3 算例验证及仿真结果分析 |
3.3 超燃冲压发动机设计空气流量 |
3.3.1 超燃冲压发动机设计空气流量模型 |
3.3.2 算例验证及仿真结果分析 |
3.4 超燃冲压发动机总体性能分析 |
3.4.1 超燃冲压发动机总体性能计算模型 |
3.4.2 算例及仿真结果分析 |
3.5 小结 |
第4章 飞行器气动/推进一体化设计 |
4.1 布谷鸟优化算法 |
4.1.1 单目标布谷鸟优化 |
4.1.2 多目标布谷鸟优化 |
4.2 改进选择策略的自适应动态反馈布谷鸟优化算法 |
4.2.1 控制参数的改进 |
4.2.2 选择策略的改进 |
4.2.3 算例及结果分析 |
4.3 气动/推进一体化构型 |
4.3.1 前体-进气道构型选择 |
4.3.2 后体-尾喷管构型选择 |
4.4 气动/推进一体化设计 |
4.4.1 单目标优化设计 |
4.4.2 多目标优化设计 |
4.5 小结 |
第5章 飞行动力学耦合特性分析 |
5.1 气动/推进耦合力学特性 |
5.1.1 耦合力学机理 |
5.1.2 算例及结果分析 |
5.2 气动/推进静态耦合特性 |
5.2.1 基于线性模型的重要性测度 |
5.2.2 基于二阶多项式响应面模型的重要性测度 |
5.2.3 模型验证与对比分析 |
5.2.4 气动/推进静态耦合测度 |
5.3 飞行动态耦合特性 |
5.3.1 气动/推进耦合对飞行动态特性的影响 |
5.3.2 飞行动态耦合测度 |
5.4 小结 |
结束语 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
(7)高速列车车体设计关键技术研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状及分析 |
1.2.1 车体气动设计研究现状及分析 |
1.2.2 车体被动安全设计研究现状及分析 |
1.2.3 车体轻量化设计研究现状及分析 |
1.3 本文的主要研究内容 |
2 车体气动性能研究方法构建及精细化气动设计 |
2.1 高速列车车体气动设计目标 |
2.2 高速列车气动性能研究方法构建 |
2.2.1 数值计算方法 |
2.2.2 缩比模型试验方法 |
2.3 高速列车车体精细化气动设计研究 |
2.3.1 车体外形气动设计技术分析 |
2.3.2 流线型头型外形气动优化设计 |
2.3.3 车体表面关键区域气动设计 |
2.4 高速列车车体外形气动设计验证 |
2.4.1 整车气动性能数值计算 |
2.4.2 整车气动性能线路试验 |
2.5 小结 |
3 车体被动安全研究方法构建及耐撞性设计 |
3.1 高速列车车体耐撞性设计目标 |
3.2 高速列车多体耦合撞击理论及能量分配 |
3.2.1 高速列车多体刚柔耦合建模 |
3.2.2 高速列车多体耦合快速求解 |
3.2.3 高速列车碰撞能量分配 |
3.3 高速列车车体系统级耐撞性设计及实验 |
3.3.1 全包覆外形多级吸能协同设计 |
3.3.2 主吸能结构耐撞性优选设计 |
3.3.3 头罩自动破损设计及排障器过载设计 |
3.4 高速列车车体耐撞性设计方法验证 |
3.4.1 车体耐撞性总体设计方案 |
3.4.2 大部件耐撞性台架试验 |
3.4.3 整车耐撞性数值计算 |
3.5 小结 |
4 车体轻量化研究方法构建及断面优化设计 |
4.1 高速列车车体轻量化设计目标 |
4.2 车体结构优化设计 |
4.2.1 车体结构优化设计方法 |
4.2.2 车体结构快速仿真计算方法 |
4.3 车体断面结构设计优化 |
4.3.1 车体断面空间、尺寸结构优化 |
4.3.2 车体断面型材结构优化 |
4.4 车体轻量化设计验证 |
4.4.1 车体轻量化设计数值计算 |
4.4.2 车体轻量化设计台架试验 |
4.5 小节 |
5 结论与展望 |
5.1 主要结论 |
5.2 主要创新点 |
5.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(8)高超声速飞行器多物理场耦合问题建模与分析研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 多物理场耦合问题分析 |
1.3 多物理场耦合建模与分析方法 |
1.3.1 整体耦合方法 |
1.3.2 分区耦合方法 |
1.3.3 总体建模与分析方法策略 |
1.4 高超声速气动热力学耦合问题研究综述 |
1.4.1 高超声速流动物理特征 |
1.4.2 高超声速气动力/气动热的CFD数值模拟 |
1.5 流场、热和结构之间多物理场耦合问题研究综述 |
1.5.1 国外相关研究现状 |
1.5.2 国内相关研究现状 |
1.6 论文主要研究工作及其创新点 |
1.6.1 主要研究工作 |
1.6.2 主要创新点 |
第二章 量热完全气体条件下气动力/气动热数值模拟研究 |
2.1 引言 |
2.2 流动控制方程 |
2.3 格心有限体积法 |
2.4 空间离散格式 |
2.4.1 对流通量的离散 |
2.4.2 空间重构与限制 |
2.4.3 粘性通量的离散 |
2.5 时间推进格式 |
2.5.1 隐式LU-SGS方法 |
2.5.2 加速收敛措施 |
2.6 初边值条件 |
2.6.1 流场初始化 |
2.6.2 边界条件 |
2.7 壁面热流密度的计算 |
2.8 计算结果与分析 |
2.8.1 圆柱前缘算例 |
2.8.2 钝双锥体算例 |
2.8.3 双椭球体算例 |
2.9 本章小结 |
第三章 高温化学非平衡条件下气动力/气动热数值模拟研究 |
3.1 引言 |
3.2 流动控制方程 |
3.3 物理化学模型 |
3.3.1 热力学模型 |
3.3.2 化学动力学模型 |
3.3.3 输运模型 |
3.4 数值求解方法 |
3.4.1 空间离散格式 |
3.4.2 时间推进格式 |
3.4.3 温度场的非迭代求解 |
3.4.4 初边值条件 |
3.5 计算结果与分析 |
3.5.1 圆柱体算例 |
3.5.2 双锥体算例 |
3.6 本章小结 |
第四章 高超声速流场-热耦合问题建模与分析研究 |
4.1 引言 |
4.2 耦合模型描述 |
4.2.1 耦合机理过程分析 |
4.2.2 热传导控制方程 |
4.2.3 界面耦合关系 |
4.3 耦合分析策略 |
4.3.1 基于静态飞行轨迹的耦合分析策略 |
4.3.2 基于动态飞行轨迹的耦合分析策略 |
4.4 热传导控制方程求解的有限单元法 |
4.5 界面信息传递方法 |
4.5.1 反距离加权插值法 |
4.5.2 径向基函数插值法 |
4.5.3 混合插值策略 |
4.6 自适应耦合计算时间步长方法 |
4.7 计算结果与分析 |
4.7.1 圆柱前缘流场-热耦合分析 |
4.7.2 类乘波体流场-热耦合分析 |
4.8 本章小结 |
第五章 高超声速流场-热-结构耦合问题建模与分析研究 |
5.1 引言 |
5.2 耦合模型描述 |
5.2.1 耦合机理过程分析 |
5.2.2 热弹性力学控制方程 |
5.2.3 界面耦合关系 |
5.3 耦合分析策略 |
5.3.1 基于静态飞行轨迹的耦合分析策略 |
5.3.2 基于动态飞行轨迹的耦合分析策略 |
5.4 热弹性力学控制方程求解的有限单元法 |
5.5 界面信息传递方法 |
5.6 网格变形方法 |
5.7 计算结果与分析 |
5.7.1 热防护平板流场-热-结构耦合分析 |
5.7.2 进气道前缘流场-热-结构耦合分析 |
5.8 本章小结 |
第六章 基于流场-热-结构耦合的结构热模态问题研究 |
6.1 引言 |
6.2 热效应对固体结构振动特性的影响 |
6.2.1 固有频率和固有振型 |
6.2.2 热刚度矩阵 |
6.3 基于多场耦合一体化的热模态分析策略 |
6.4 典型高超声速机翼的热模态特性分析 |
6.4.1 沿静态飞行轨迹的热模态分析 |
6.4.2 沿动态飞行轨迹的热模态分析 |
6.5 本章小结 |
第七章 结束语 |
7.1 论文研究工作总结 |
7.2 未来研究工作展望 |
参考文献 |
附录1 :对流通量及化学源项的雅可比矩阵 |
附录2 :物理化学模型常数表 |
附录3 :FAY-RIDDELL驻点热流计算公式 |
附录4 :常用径向基函数及共轭梯度法 |
致谢 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
(9)高速列车的关键力学问题(论文提纲范文)
1 前言* |
轮轨关系 |
弓网关系 |
流固耦合关系 |
2 高速列车空气动力学* |
2.1 引言 |
2.2 高速列车气动阻力 |
2.2.1 车体下部区域的优化 |
2.2.2 头车气动外形优化 |
2.2.3 尾车气动外形优化 |
2.2.4 转向架侧罩 |
2.2.5 车间风挡 |
2.2.6 受电弓罩 |
2.3 高速列车诱导的流动 |
2.3.1 脉冲压力的影响 |
2.3.2 列车诱导气流的影响 |
2.3.3 列车风对附近人员的影响 |
2.3.4 隧道内列车风 |
2.4 高速列车交会气动效应 |
2.4.1 高速列车交会过程中的非定常流动现象 |
2.4.2 高速列车交会过程中的气动力特性 |
2.4.3 速度对气动力的影响 |
2.4.4 列车间距对气动力的影响 |
2.4.5 相同列车不同速度交会时的气动力和力矩特性 |
2.4.6 列车交会过程中作用在侧窗玻璃上的气动压力 |
2.5 高速列车横风气动效应 |
2.5.1 横风作用下简化列车模型周围的流动 |
2.5.1. 1 表面时均压力分布 |
2.5.1. 2 高速列车周围的时均流动结构 |
2.5.1. 3 横风条件下高速列车周围的瞬态流动结构 |
2.5.2 横风条件下高速列车气动力和力矩特性 |
2.5.3 桥梁上高速列车的横风气动特性 |
2.5.4 路堤上高速列车的横风气动特性 |
2.5.5 高速列车横风安全性研究 |
2.6 高速列车隧道气动效应 |
2.6.1 隧道内压力波 |
2.6.2 隧道内压力波影响因素 |
2.6.2. 1 隧道长度 |
2.6.2. 2 隧道形式 |
2.6.2. 3 列车速度和车型 |
2.6.2. 4 列车长度 |
2.6.2. 5 列车外形 |
2.6.2. 6 堵塞比 |
2.6.3 隧道出口处微气压波 |
2.6.3. 1 微气压波与列车速度的关系 |
2.6.3. 2 微气压波与隧道长度的关系 |
2.6.3. 3 微气压波与阻塞比的关系 |
2.6.3. 4 优化列车头型控制微气压波 |
2.6.3. 5 隧道内分叉隧道控制微气压波 |
2.6.3. 6 隧道口缓冲段控制微气压波 |
2.6.4 隧道内的高速列车摆动 |
2.6.4. 1 隧道内列车摆动现象的特征 |
2.6.4. 2 作用在列车尾部的气动力特性 |
2.6.4. 3 列车与隧道壁之间的流动结构 |
2.6.5 最不利隧道长度和临界隧道长度 |
2.6.5. 1 最不利隧道长度 |
2.6.5. 2 临界隧道长度 |
2.6.5. 3 最不利隧道长度下压力场演化分析 |
2.7 本节小结 |
3 高速弓网关系* |
3.1 引言 |
3.2 弓网关系关键问题 |
3.2.1 弓网耦合振动 |
3.2.2 高速气流扰动 |
3.2.3 结构柔性变形及不平顺 |
3.2.4接触网波速及利用率 |
3.2.5双弓受流 |
3.2.6小结 |
3.3高速弓网系统的结构及类型 |
3.3.1接触网结构 |
3.3.2受电弓结构 |
3.3.3小结 |
4高速轮轨关系* |
4.1引言 |
4.2高速轮轨关系问题一般描述 |
4.3轮轨滚动接触基本理论 |
4.4高速轮轨型面匹配设计平台 |
4.5高速轮轨滚动黏着理论和机理问题 |
4.6高速轮轨磨损和滚动接触疲劳问题 |
4.6.1轮轨横断面磨损 |
4.6.2车轮滚动方向(纵向)不均匀磨损 |
4.6.3高速钢轨波浪形磨损 |
4.7高速轮轨噪声问题 |
4.8本节小结 |
5高速列车车辆动力学* |
5.1引言 |
5.2车辆动力学分析方法 |
5.2.1多刚体建模与分析方法 |
5.2.2刚柔混合建模与分析方法 |
5.3蛇行运动稳定性 |
5.3.1铁路车辆蛇行运动稳定性的分析模型 |
5.3.2铁路车辆蛇行运动线性稳定性 |
5.3.3列车蛇行运动非线性稳定性 |
5.3.3.1单轮对非线性稳定性 |
5.3.3.2转向架非线性稳定性 |
5.3.3.3铁路车辆非线性稳定性 |
5.4乘坐舒适性 |
5.5车辆特性对系统动力学性能的影响 |
5.5.1结构弹性对列车系统动力学特性的影响 |
5.5.2非线性因素影响 |
5.5.3气动载荷对运行安全性影响 |
5.6车辆轨道耦合 |
5.7减振 |
5.8本节小结 |
6高速列车结构疲劳可靠性* |
6.1引言 |
6.2结构疲劳可靠性研究方法 |
6.3结构动应力测试与疲劳评估 |
6.3.1线路动应力测试 |
6.3.2疲劳可靠性评估 |
6.4结构载荷与载荷谱 |
6.4.1动车转向架构架载荷类型 |
6.4.2载荷测试方法 |
6.4.3载荷特性研究 |
6.4.4载荷谱的编制 |
6.5本节小结 |
7高速列车噪声* |
7.1引言 |
7.2高速列车气动噪声评估 |
7.2.1气动噪声计算方法 |
7.2.2非线性声学求解器 |
7.2.3 K-FWH方法 |
7.2.4气动噪声分布 |
7.2.5高速列车头型评估 |
7.2.6噪声与速度关系 |
7.2.7高速列车受电弓及连接处的气动噪声影响 |
7.2.8车内噪声 |
7.3本节小结 |
8 结束语* |
作者声明 |
致谢 |
(10)超燃冲压发动机隔离段流动机理及其控制的试验研究(论文提纲范文)
符号表 |
缩略词表 |
摘要 |
Abstract |
第一章 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 隔离段试验研究现状 |
1.2.1 激波串结构 |
1.2.2 压力分布 |
1.2.3 激波串的长度 |
1.2.4 湍流特征 |
1.2.5 不启动特征 |
1.2.6 激波串前缘检测 |
1.2.7 主动与被动控制 |
1.2.8 其他影响因素 |
1.2.9 隔离段试验设备和测试技术回顾 |
1.3 本文研究意义及主要工作 |
第二章 隔离段试验研究的相关设备和技术 |
2.1 风洞设备 |
2.1.1 直连式隔离段风洞 |
2.1.2 头罩唇口角度连续可调的直连式隔离段风洞 |
2.1.3 高超声速脉冲风洞 |
2.2 测试技术及方法 |
2.2.1 NPLS |
2.2.2 纹影及压力测量系统 |
2.3 小结 |
第三章 激波串流场结构特性及流动控制研究 |
3.1 激波串三维结构及非定常性分析 |
3.1.1 时间平均结构 |
3.1.2 激波串瞬态流动结构 |
3.2 压力特性及激波串前缘位置检测 |
3.2.1 时均压力分布 |
3.2.2 压力脉动特性 |
3.3 带涡流发生器的隔离段流动特征 |
3.3.1 流场结构 |
3.3.2 压力特性 |
3.3.3 总压分布 |
3.4 小结 |
第四章 隔离段流场影响因素的试验研究 |
4.1 头罩攻角的影响 |
4.1.1 流场结构 |
4.1.2 压力特性 |
4.1.3 小结 |
4.2 马赫数的影响 |
4.2.1 头罩附近流场结构比较 |
4.2.2 直通道尾部流场结构比较 |
4.2.3 壁面压分布比较 |
4.2.4 总压比较 |
4.2.5 小结 |
4.3 壁面粗糙度影响初探 |
4.4 小结 |
第五章 高超声速进气道及点火区后台阶流场结构研究 |
5.1 高超声速进气道流场结构 |
5.1.1 攻角的影响 |
5.1.2 前缘钝化的影响 |
5.1.3 头罩角度的影响 |
5.1.4 表面压力分析 |
5.1.5 进气道再启动流场模拟 |
5.1.6 小结 |
5.2 点火区后台阶流场 |
5.2.1 基于NPLS及POD分解的密度场测量和分析方法 |
5.2.2 超声速层流及湍流后台阶流场结构 |
5.2.3 超声速层流后台阶流动的密度脉动特征 |
5.2.4 超声速湍流后台阶流动的密度脉动特征 |
5.3 小结 |
第六章 结论与展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
四、等熵轻质活塞风洞中活塞质量对匹配压力振荡的影响(论文参考文献)
- [1](高)超声速光学头罩气动光学效应实验研究[D]. 丁浩林. 国防科技大学, 2020(01)
- [2]吸气式高超声速飞行器热气动弹性研究进展[J]. 杨超,赵黄达,吴志刚. 北京航空航天大学学报, 2019(10)
- [3]基于参数化降阶模型的高超声速气动弹性问题研究[D]. 陈志强. 南京航空航天大学, 2019(01)
- [4]宽包线吸气式运载器机体/推进一体化耦合设计与分析[D]. 陈兵. 西北工业大学, 2018(02)
- [5]高超声速飞行器体襟翼气动热弹性耦合建模与分析[D]. 霍霖. 国防科学技术大学, 2017(01)
- [6]高超声速飞行器气动/推进一体化设计与动力学耦合分析[D]. 田宪科. 西北工业大学, 2017(01)
- [7]高速列车车体设计关键技术研究[D]. 丁叁叁. 北京交通大学, 2016(02)
- [8]高超声速飞行器多物理场耦合问题建模与分析研究[D]. 张胜涛. 上海交通大学, 2016(03)
- [9]高速列车的关键力学问题[J]. 杨国伟,魏宇杰,赵桂林,刘玉标,曾晓辉,邢云林,赖姜,张营营,吴晗,陈启生,刘秋生,李家春,胡开鑫,杨中平,刘文正,王文静,孙守光,张卫华,周宁,李瑞平,吕青松,金学松,温泽峰,肖新标,赵鑫,崔大宾,吴兵,钟硕乔,周信. 力学进展, 2015(00)
- [10]超燃冲压发动机隔离段流动机理及其控制的试验研究[D]. 陈植. 国防科学技术大学, 2015(02)