基于微元法的高速制动盘瞬态温度场仿真分析

高速列车制动时,制动盘摩擦表面的温度场直接影响制动盘表面磨损、相变、热裂纹及其使用寿命。以某型高速列车基础制动装置现役锻钢制动盘为研究对象,建立热载荷模型:考虑制动闸片几何形状和分布对热流密度的影响,建立了基于微元法的摩擦面热流密度计算模型;由于热辐射计算的非线性求解特性,将热辐射系数折算成等效对流换热系数,建立了对流换热模型与辐射换热模型相结合的综合换热模型。考虑到制动盘面和散热筋几何截面的突变性,建立了由盘面和散热筋六面体网格与接触部位过渡网格构成的制动盘热分析有限元模型。对高速列车在200km/h速度下紧急制动时制动盘瞬态温度场进行仿真分析。得到制动盘温度分布规律和温度变化曲线,为制动盘选材及结构优化提供相应理论参考。     

利用大气修正因子提高目标红外辐射特性测量精度

提出了利用大气修正因子修正大气透过率来提高测量目标红外辐射特性精度的方法。建立了目标红外辐射特性测量模型,给出了基于大气修正因子的目标红外辐射特性测量方法。该方法将短距离大气透过率实测结果和MODTRAN模拟计算的大气透过率之比定义为基础大气修正因子,然后依据长距离与短距离的不同数量关系得到增强大气修正因子,最后利用该因子对MODTRAN计算的长距离大气透过率进行修正并进行目标的辐射反演,从而获得目标辐射特性。对中波红外摄像机进行了定标,利用中波红外摄像机和面源黑体开展了目标红外辐射特性测量实验。实验结果表明,利用大气修正因子修正大气透过率的目标辐射测量方法得到的目标辐射特性测量精度在8%左右,高于传统的利用MODTRAN计算方法得到的20%的测量精度。得到的结果显示本文方法较传统方法较大程度地提高了目标辐射特性测量精度。     

火箭发动机尾流场流动的数值分析

采用k-ε湍流模型和离散坐标模型(Discrete Ordinates Method,简称DO模型),使用CFD技术对4喷管火箭发动机的尾流场进行3-D数值模拟,研究了不同飞行高度和不同喷管均布直径的情况下尾流的流动特性和尾流对火箭底部的辐射特性.结果显示,飞行高度增加时,尾流边界逐渐变宽、变长;喷管之闻距离缩小时,尾流增长;飞行高度对火箭底部的辐射热流密度有很大影响;喷管之阃距离缩小时,火箭底部辐射热流密度增大,高温区域增大.研究结果对多喷管火箭的总体设计有一定的指导价值.     

飞机尾流温度场测量与数值模拟

采用有限体积法,对某型发动机尾喷管三维流场及温度场进行了数值计算,分析了不同发动机状态下尾流温度场特性.结合CFD结果,研制了一套用于测量高温、高速条件下的尾流测温系统,并应用于某型飞机尾流温度场测量试验,测取发动机全加力状态下的尾流温度分布,证实该计算及测量方法具有一定的工程应用价值.     

高速列车轮对气动噪声特性分析

高速列车轮对位于转向架舱外部分直接受到来流冲击,产生较大气动噪声。运用涡声理论和声比拟方法,基于列车单轮对和串列双轮对简化模型,计算分析轮对周围流动与气动噪声特性。结果表明:单轮对工况下轮对周围流动分离与流体相互作用使得车轴尾流内产生了规则的交替涡脱落以及车轮尾流内形成了不同尺度的不规则涡;轮对近场四极子噪声中,体偶极子声源为主要声源,体四极子声源相对较弱;远场气动噪声预测与声学风洞测试结果吻合良好,轮对表面压力脉动诱发的面偶极子噪声为主要声源;轮对远场辐射噪声的主频和第一谐频值分别对应于轮对升力和阻力主频,第一谐频值为主频值两倍;与车轮相比,车轴部位产生的气动噪声较高;轮对声辐射指向性为垂向偶极子形状,旋转效应使得轮对噪声级幅值比静止轮对增加约2 dB。双轮对工况下,前轮对流场以及气动噪声特性与单轮对工况相似,后轮对在前轮对尾流作用下,气动噪声辐射频带加宽,强度减弱,指向呈多向性。     

多喷管火箭发动机尾流场流动与辐射特性的数值模拟分析

采用k-ε湍流模型和离散坐标模型（discreteordinatesmethod,DO模型）,使用CFD技术对4喷管火箭发动机的尾流场进行3-D数值模拟,研究了不同飞行高度和不同喷管均布直径的情况下尾流的流动特性和尾流对火箭底部的辐射特性。结果显示飞行高度对火箭底部的辐射热流密度有很大影响：飞行高度增加时,尾流边界逐渐变宽、变长;喷管之间距离缩小时,尾流增长,火箭底部辐射热流密度增大,高温区域增大。研究结果对多喷管火箭的总体设计有一定的指导价值。     

基于大气实时修正的飞机辐射特性测量

研究了飞机飞行时的动态辐射特性测量方法。针对利用软件计算大气透过率进行目标辐射修正精度较低的问题,提出了通过机上标校黑体进行实时大气修正的新辐射测量方法。该方法通过目标飞机上挂载的标校黑体实现大气透过率的实时测量,并利用实测大气透过率对目标飞机辐射进行大气修正来提高修正精度。借助中波和长波红外相机、两个标准面源黑体及一块硒化锌平板,开展了飞机目标辐射特性测量的地面模拟实验。利用MODTRAN和CART计算以及实测大气透过率分别对黑体目标红外测量值进行辐射反演。与MODTRAN和CART计算大气透过率的传统方法相比,文中提出的实测大气透过率方法可将目标辐射反演精度提高一倍以上。     

基于深空探测器的在轨天体合影成像及应用

提出了基于深空探测器对太空中的目标天体合影成像的新策略。首先,基于相机的性能参数建立视场模型,然后对天体和探测器轨道动力学模型、探测器姿态数据以及光照条件进行综合分析,最终确定了拍摄用相机以及成像时刻与成像姿态等成像策略。以探月三期月地高速再入返回飞行任务的设计为例,研究计算了对地月合影的拍摄相机、成像时刻与成像姿态,并利用在轨探测效果仿真系统进行了仿真验证。结果表明:该成像策略能够根据预定的天体合影的构图要求便捷地计算出拍摄条件,结果准确、角度偏差在1°范围内。该成像策略还成功应用于探月三期月地高速再入返回飞行器的实际任务中,在距离月球1.40×104 km和距离地球3.91×105 km处,获得了我国航天史上首张地月合影图像,为后续深空探测器在轨天体合影提供了参考依据。     

高速斜齿轮传动稳态温度场仿真分析

结合摩擦学、传热学和齿轮啮合原理,给出稳态条件下轮齿本体的热平衡方程及摩擦热流量、对流换热计算方法,分析了啮合面压力及摩擦热流量的分布情况;利用ANSYS参数化编程语言,建立三维斜齿轮温度场分析有限元模型,并给出加载热流密度的方法;在不同节线速度下,对斜齿轮本体温度场进行数值仿真,分析了斜齿轮本体温度场分布规律;对比高速齿轮测温实验结果,表明温度仿真结果与测试结果吻合良好;在此基础上,计算了修形斜齿轮本体温度场。     

基于多光谱辐射的高速轴承温度测量方法

针对轴承升温过程很难在可变动态载荷下进行高精度实时监测的问题,文中提出了一种高速轴承多光谱温度测量方法。首先,根据Palmgren方法建立高速轴承热力学模型;然后,利用辐射传热原理分别分析轴承热辐射源和背景热辐射源的影响机理,建立轴承的多光谱温度测量模型。为了验证文中方法的有效性,利用800～1 700 nm波段的光谱对深沟球轴承进行温度测量实验。实验结果表明,轴承材料的发射率近似为常数,其背景辐射源的发射率近似为线性。与传统的有限元方法相比,多光谱测温法的平均绝对误差范围为-0. 160～0. 285℃,标准差范围为0. 484～0. 639℃。文中方法能够有效地测量高速轴承的动态温度。     

高压燃气涡轮叶栅热辐射特性研究

采用商用软件CFX11.0的不同湍流模型对NASA-Markll高压燃气气冷涡轮叶栅进行气热耦合换热计算,得出最佳湍流模型。针对不同涡轮叶栅前进口总温进行考虑和不考虑热辐射的数值计算,着重分析叶栅流道内热辐射效应随涡轮前入口温度的变化情况,得出在实际的高温高压气冷涡轮叶栅耦合换热计算时,辐射热流应当作为源项加入到方程中。这样能够更准确地得出叶片内部温度分布,为热应力计算以及寿命预估提供准确的边界条件。     

压缩机机体声辐射的模态特性研究

采用有限元和边界元方法建立了轻流体介质中复杂结构振动声辐射的模态分析模型,可计算结构的声辐射模态频率、模态场点声压、模态辐射声功率和声辐射效率等声场特性参数。对K5206NM压缩机机体进行了模态分析和声辐射模态参数计算,获得了机体的声辐射特性,从而为机体的低噪声设计提供了依据。     

基于ANSYS的辐射和相变对焊接温度场的影响研究

为研究辐射和相变对焊接温度场的影响,利用有限元分析软件ANSYS的热分析功能,以TIG平板对焊为例,采用高斯热源,分别对考虑辐射和相变影响、只考虑辐射而忽略相变影响、同时忽略辐射和相变影响的3种情况进行计算。并得出结论：相变对温度最大值和温度梯度的影响都很大,在进行计算时不应被忽略;辐射散热对温度最大值和温度梯度的影响有限,为节约计算时间,可以忽略。     

液压减振器散热性能研究

液压减振器是通过消耗机械能实现减振目的的装置,但目前其散热效果并不理想,温度升高导致了减振器整体性能下降。利用路面不平度激励模型、悬架系统振动模型、热量传递模型,通过能量守恒定律建立了液压减振器的热力学平衡数学模型。综合考虑油液泄漏特性、密封特性以及液压减振器阻尼性能界定其许用油温。对液压减振器散热参数进行了分析研究,且试验结果表明分析模型与设计方法正确,为减振器的设计提供参考。     

湿式多盘制动器整体散热特性的研究

建立了湿式多盘制动器整体散热的数学模型并对其进行了数值模拟，研究了其整体散热特性，探索了湿式多盘制动器温升的计算方法，并推导了在非稳态散热时湿式多盘制动器内部油温的计算公式。     

Data-driven RLV multi-objective reentry trajectory optimization based on new QABC algorithm

In recent years, big data and cloud technology have been widely used in information extraction and optimization decision. An improved artificial bees colony (ABC) algorithm called QABC is proposed for optimum design of the reusable launch vehicle (RLV) reentry trajectory. Because of poor convergence property of classical ABC algorithm in solving constrained nonlinear optimization problems (CNOPs), several modifications are carried out in this paper. The modifications include a quantum delta potential well model, two dynamic tolerance mechanisms, and a general generation mechanism of selection probability which is associated with the fitness of food source. In this paper, taking RLV three-dimension reentry trajectory design as an application example, a single-objective/multi-constraints optimization model was established with physical programming (PP) method and static penalty function method, in which four objectives (maximum range, minimum heat load, minimum heat flux (MHF), minimum oscillation) and five constraints (dynamic pressure, overload, heat flow, terminal altitude, and terminal velocity) were taken into account. Four single objective trajectory designs and two typical multi-objective trajectory designs with different preference structures were resolved, and the results showed that the optimization model founded by PP method was effective and flexible to reflect the designers preference. The improved algorithm, QABC, show excellent performance in solving RLV reentry trajectory optimization problem and a good prospect in other engineering applications.     

光子晶体实验中热辐射干扰的分析

搭建了针对10.6μm波长红外光的光子晶体探测系统,分析了在使用热敏探测器测量光强时,外界的热辐射干扰对光强探测的影响及产生的原因,并计算了高斯光束在经过透镜聚焦后在焦点附近的功率密度,揭示了光阑受热后会产生大量热辐射干扰,采用窄带滤光片可显著减小前置光阑热辐射的干扰。     

基于大气透过率比例校正的目标辐射测量

大气透过率是影响目标辐射测量精度的重要因素,而常规通过MODTRAN等模式计算软件,由大气参数计算大气透过率的误差一般在15％以上,极大地限制了目标辐射测量精度.为此,本文提出利用某一距离的实测大气透过率和模式计算大气透过率之比得到大气过率校正系数来对其它距离的模式计算大气透过率进行比例校正.实验显示,校正后大气透过率的精度优于8.1％,大大提高了目标辐射测量精度.利用中波红外相机和面源黑体开展了目标辐射特性测量实验,结果表明,采用MODTRAN计算大气透过率的辐射测量方法得到的目标辐射反演精度约为20％,而采用本文方法对大气透过率校正后可将反演精度提高到10％以内.     

再入机动弹道参数估计与预报算法

本文以再入段弹道预报为背景,主要解决多个模型关键参数未知情况下,再入大气层机动弹头的弹道精确外推问题。文章细化了再入段机动弹头的建模过程,建立了包含导引过程的有控机动弹道数学模型,并利用UKF非线性滤波算法估算模型中的弹道系数、落点信息等关键参数,最后进行弹道的精确外推。仿真算例表明,该方法能在弹道系数、落点信息等参数未知的情况下进行有效快速的弹道预报,具有较好的预报精度。     

基于Fluent的ITER杜瓦的辐射换热分析

在ITER装置正常运行时,杜瓦内外温度不均,有一定的温度分布。考虑热辐射对杜瓦温度分布的影响,建立了用于辐射换热分析的杜瓦数值模拟模型,运用CFD软件Fluent对其进行数值模拟计算,得到杜瓦的温度分布,为后续的热应力分析提供了依据和参考。