非平衡气动加热条件下的材料热响应差异研究

针对风洞烧蚀试验中碳/碳与超高温陶瓷两种复合材料存在热响应差异的问题,本文从材料壁面催化与非平衡流场气动加热的机理出发,基于两种风洞设备设计了3个烧蚀试验状态,并对可能影响材料热响应的重要因素进行了分析.结果表明:在不同试验设备条件下,碳/碳端头驻点温度差异主要是由试验状态调试偏差和温度测量偏差造成的,而超高温陶瓷端头驻点温度的差异主要是由不同条件气流非平衡度不同、试件表面实际接受的热流不同造成;对碳/碳材料而言,由于其壁面催化特性接近完全催化壁面,在试验设备选择或状态调试时,可以不必考虑流场非平衡度的影响;而对于超高温陶瓷材料,在试验设备的选择上,则需要结合风洞非平衡流场特点,对试验考核的有效性做充分评估.相关结论可为碳/碳、超高温陶瓷复合材料防热性能的考核与评价提供参考与借鉴.     

高超声速临近空间飞行器铰链力矩最小俯冲弹道设计

为解决高超声速临近空间飞行器俯冲段铰链力矩过大问题,给出了一种降低铰链力矩的俯冲弹道设计方法.在建立俯冲弹道优化模型的基础上,利用Gauss伪谱法将弹道优化问题转化为非线性规划问题,进而将其作为极大极小优化问题采用序列二次规划方法进行求解,其中优化的初值由按照最优导引方式生成的初始弹道获得.在普通台式机上耗时约2min,获得的优化弹道铰链力矩峰值下降达67%,并且各种约束条件均可满足,采用美国GAV-H飞行器总体和气动参数进行了铰链力矩最小俯冲弹道仿真,分析了最优俯冲起点的选取策略,结果表明,该铰链力矩最小俯冲弹道设计方法具有可行性.     

超声速混合层混合LES/RANS模拟

为明确超声速混合层发展规律,利用混合LES/RANS方法计算了隔板厚度、压力不匹配程度及燃料组分对超声速混合层发展的影响,并定量分析了相应的混合效率和压力损失。结果表明:一定范围内,隔板厚度越大,混合越好,总压损失越大;压力不匹配程度与混合效率和压力损失并非线性关系,总体而言,不匹配程度越高,混合效率相对较高,总压损失较小;氢气组分越靠近当量质量分数,混合效率越高,压力损失较大。     

高温预混气体火焰传播速度研究

为明确高温预混气火焰传播规律,计算了不同初始温度、压力及当量比下氢气/空气、甲烷/空气、乙烯/空气的层流火焰传播速度,分析了层流火焰传播速度随混合气初始状态的变化规律;并结合经验公式给出不同层流燃烧速度下湍流火焰传播速度随脉动速度的分布规律。结果表明:对于轻质碳氢燃料,高温高压条件下,层流火焰传播速度随混合气初始温度增加而增加,随初始压力增大而减小;高温高脉动速度条件下,湍流火焰速度达百米/秒量级。     

基于生物视觉的地面目标识别与跟踪锁定

图像中待攻击目标的自动识别与跟踪锁定是图像制导的基本任务,也是图像制导技术的难点所在。由于获得图像的角度和位置的不同,同一目标在不同图像中会有较大的变形,如何正确地识别出该目标是至今未能很好解决的问题。相比之下,人和动物在复杂的环境中,几乎在各种角度和位置的情况下,均可以可靠地识别出目标,并能完成对该目标的跟踪锁定。因此生物视觉的工作机理成为了当前学者研究的热点,在继承和发展了当前国际上该领域的最新研究成果的基础上,实现了生物视觉原理下的目标识别与跟踪算法,经过大量真实图像的试验,证明了该算法的鲁棒性。     

爆炸近区流场的数值模拟方法研究

提出了一种用于模拟爆炸近区炸药、爆轰产物、空气等相互作用流场的数值方法。在欧拉型方法中引入了一种炸药、爆轰产物、空气3种组分的混合模型,该模型中炸药及爆轰产物采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,空气采用理想气体状态方程,在固相与气相间满足等压假设和体积可加性,气相组分间满足等温假设和分压定理。该模型无需迭代求解,计算效率较高。化学反应率采用“点火—生长”模型,采用AUSM₊-up格式计算通量。计算了空气中球形TNT装药的爆炸问题,可以清晰地看到爆轰波在流体界面上发生的透射、反射等一系列复杂作用过程。计算得到的超压峰值在直至距药球表面5 cm的位置都与实验结果符合良好,冲击波到达时间、超压比冲量等与现有实验结果也符合较好,验证了本方法的有效性和准确度。     

两种不同进气方式对补燃室掺混段硅基绝热层冲蚀的计算

在两相流模型基础上建立了固冲发动机掺混段上硅基绝热层的冲蚀模型。对某一工况下的某型进气道发动机补燃室的冲蚀率进行了计算。为了减弱燃气流的烧蚀影响,对发动机提出了两种改型设计方案,通过影响相邻进气道之间的流场改善发动机的局部烧蚀状况。数值模拟结果表明在轴向上存在距离差的前后布置的进气道间,后进气道两侧的烧蚀较前进气道严重。另一方面,适当提高空气出口速度可以减小发动机的气动冲蚀效应。     

亚轨道火箭动力学特性研究

建立了亚轨道火箭的六自由度运动数学模型,然后以设计出的亚轨道火箭为例,对箭体模型的线性化进行了详细推导,得出了线性化后的扰动方程;接着对动力系数进行定量分析,根据结果推导出简化的箭体传递函数;最后对亚轨道火箭箭体的动力学特性进行了仿真分析,仿真结果表明该火箭在1.676Ma和5.580Ma条件下分别处于静稳定和静不稳定的不同状态,与气动数据静稳定判定结果一致,为下一步控制系统设计打下基础。     

颗粒轨道模型中颗粒跟踪与定位算法研究

颗粒轨道模型的一个难点是跟踪颗粒在不同时刻所处的网格位置,才能确定颗粒与当地流体间的相互作用.最近发展的3种颗粒跟踪和定位算法,通过比较发现Chen-Pereira算法和R.Chorda算法搜索的网格数目一样,都比Zhou-Leschziner算法搜索的网格数目少,但R. Chorda算法所需要的时间更少.该文将R. Chorda算法应用于带有颗粒相喷流反作用系统的高超声速拦截器外流场数值模拟.     

LTCC流延生瓷带的力学性能

选择邻苯二甲酸二丁酯(DOP)和聚乙二醇(PEG)作为复合增塑剂,采用流延法制备生瓷带。研究复合增塑剂中PEG和固含量对浆料黏度及生瓷带力学性能的影响。结果表明,复合增塑剂的增塑效果优于单组分增塑剂。随着PEG含量的增加,生瓷带拉伸强度减小,断裂伸长率先增大后减小;生瓷带的拉伸强度和断裂伸长率随固含量的升高而降低。当增塑剂中w(PEG)为30.0%～70.0%,w(固含量)为86.5%～87.3%时,生瓷带拉伸强度约为1.94MPa,断裂伸长率约为12.07%。