逆向射流对高超声速升力体构型的减阻特性研究

在高超声速飞行过程中,飞行器往往会面临巨大的阻力,严重限制了其飞行性能,并增加了飞行器表面的热负荷和材料应力。针对这一问题,通过数值模拟系统地分析了射流孔数量、位置和攻角对升力体减阻性能的影响。研究结果表明,随着射流孔数量的增加,整体减阻率显著提高,有效降低了升力体头部的高压区域,但也导致四周流场的不稳定性增强。射流孔位置对激波脱体距离和“气膜”厚度具有重要影响。此外,增大攻角会导致整体减阻率下降,但对局部减阻率影响较小,同时会增加上下壁面之间的压差。进一步比较研究发现,在20 km和55 km高空条件下,这3种因素对减阻性能的影响规律保持一致。研究结果为设计高效减阻方案提供了重要参考。

等离子体合成射流激波-激波干扰控制数值模拟

为了减弱高超声速飞行器头激波和侧翼前缘激波的干扰,建立了等离子体合成射流对高超声速飞行器激波-激波干扰控制的仿真模型,分析了等离子体合成射流激波-激波干扰控制的流场特性,探究了等离子体合成射流进行高超声速飞行器激波-激波干扰控制的效果,开展了激励器安装位置以及激励器注入能量的参数影响研究。研究表明:等离子体合成射流产生的弓形激波能使头激波抬起一定角度,减小头激波和侧翼前缘激波干扰,达到控制激波-激波干扰区热流和压力的效果;随着出口距离的增大,对热流和压力的控制效果先增大后减小;在一定范围内,注入能量越高,控制效果越好。

基于合成双射流的襟翼舵效增强技术研究

飞机在起降和大机动过程中,襟翼偏角过大会导致襟翼上方出现流动分离,从而使舵面效率降低甚至失效。为有效解决舵效问题,提出了一种基于合成双射流的襟翼舵效增强技术,针对无缝襟翼,探究了合成双射流不同控制参数对升力、舵效的影响规律。研究结果表明:合成双射流能在襟翼表面形成周期性涡结构,增强边界层底部低速流体与主流的动量交换,提高边界层抗逆压梯度的能力;襟翼处合成双射流可有效提高升力、增强舵效;当合成双射流无量纲驱动频率为3.89、动量系数为3.01×10–3时,舵效增强效果最好。此外,还设计、制作了合成双射流激励器与机翼一体化模型,并开展了飞行试验,可实现的滚转角速度达15.69(°)/s,验证了合成双射流增强舵效的可行性和有效性。

军民融合背景下军地院校开展教学资源共享的探索与实践

校际资源共享能提高优秀教学资源的利用率,有助于各高校之间形成学科专业优势互补,从而有效提高教师教学水平及学生学习能力,对于提高高校整体的办学水平有重大意义。结合当前军民融合上升到国家战略的大背景,探究了军事院校的管理模式及学生特点,分析了当前军地院校资源共享机制建设存在的问题。针对上述问题及军事院校特点,研究了当前军校开展资源共享教学的优点及必要性,阐明了军事院校开展教学资源共享的可行性及有利条件。通过与地方高校开展资源共享教学的探索与实践,表明该教学模式能有效提高学员的能力素质,提升高校教学能力及教学水平,为军地院校建立教学资源共享机制提供借鉴与参考。

合成双射流冲击平板流场结构与模态分解分析

为揭示合成双射流冲击平板流场结构特征,通过大涡模拟方法对合成双射流冲击平板流动进行了仿真,采用有限时间Lyapunov指数方法对流场的拉格朗日涡结构进行了识别,并与欧拉框架下的速度矢量和涡量结果进行了对比分析。结果表明,在合成双射流两股射流交替作用下,射流核心区涡系结构较为复杂且涡量丰富,远离核心区存在一对稳定的涡结构,且拉格朗日涡结构与涡量对应较好,为合成双射流冲击冷却的布局设计提供了指导。另外,流场本征正交分解表明,第一阶模态关于激励器出口中心轴线大致对称,其能量占总体能量的35%,前6阶模态的能量占80%;根据前6阶模态所反映的流场特性,合成双射流冲击平板流场具有高度的对称性。

S弯进气道合成双射流流场控制特性分析

针对飞翼布局无人飞行器中S弯进气道明显流动分离和出口总压畸变等问题,提出了基于合成双射流的主动流动控制方法,建立了合成双射流的S弯进气道数值仿真模型。结果表明,在S弯进气道分离点附近施加合成双射流控制,在整个射流周期内通过“吹”“吸”接力可以有效抑制边界层流动分离,有效提升总压恢复系数。对比研究了合成双射流不同射流角度、射流峰值速度和激励频率对S弯进气道流场控制特性的影响规律。结果表明合成双射流与主流的角度越小,流动分离控制效果越好,较大射流峰值速度会对主流形成“阻挡”致使控制效果下降,激励频率与流场特征频率越接近控制效果越明显。

不同结构形式微通道热沉的传热性能

为有效提高微通道热沉的散热性能,设计一种微针肋交错排布微通道热沉,即微针肋垂直于底面或通道侧面的微通道,旨在适当牺牲部分压降的同时提高热沉的换热性能,并与传统矩形微通道热沉做对比。采用数值模拟方法,对不同微通道流动特性、传热特性和熵产特性进行分析。结果表明:与其他几种微通道相比,当采用相邻微针肋间距为1 mm的交错排布微通道SC2时,在牺牲一定压降的同时传热性能得到提高,改善微通道底面温度分布均匀性。相较于传统矩形微通道,在入口雷诺数为716时,其底面最高温度下降25.84 K,热阻下降约55.1%,努塞尔数增大158%左右,整体传热性能CPE达1.69。

基于POD方法的合成双射流流场模态分析

为更深入地了解合成双射流自身的流场特性,开展了PIV实验研究,分析了一个周期内流场涡结构的演化特征,对实验数据进行了本征正交分解(POD)模态分析,详细分析了各阶模态所表征的流动结构、时间系数及其频谱特征。结果表明,合成双射流激励器的两个腔体交替压缩形成两股相位差180°、相互卷积吸引的旋涡对,能量效率和工作频率倍增;前四阶POD模态占据了流场80.5%的能量,对应的时间系数的频率分别为激励器的工作频率和二阶谐频;POD前两阶横向模态呈对称分布,后两阶呈反对称分布;而前两阶流向模态则呈反对称分布,后两阶呈对称分布,反映了合成双射流流场的对称性特征。

并联放电等离子体合成射流激励器工作特性

等离子体合成射流激励器凭借射流速度高、工作频带宽、响应迅速等优势在高速流场主动流动控制领域具有良好的应用前景。为了克服单个激励器控制能力弱、控制范围窄的缺点,开展了并联放电等离子体合成射流激励器的研究,搭建了最多支持三路并联放电的微秒脉冲电源。测试结果表明,电源在空载及负载条件下可以实现1000 Hz稳定放电。随着放电电容的增大,放电电能的提高,等离子体电弧的温度升高,激励器腔体内气体被加热得更剧烈,产生的射流速度增大。随着工作频率的提高,激励器的击穿电压降低,放电电能减小,射流速度减小。通过对触发信号的调制,可以实现每个激励器的独立控制,使得并联式激励器具有更强的流动控制灵活性。试验结果显示,激励器工作相位与触发相位具有较好的对应关系。

基于前缘合成双射流的飞翼布局纵向气动控制特性研究

为兼顾飞翼布局飞行器的隐身性和气动操控性,提出了一种基于合成双射流的飞翼布局纵向气动控制技术,研究其对小后掠飞翼布局大攻角下的气动操控能力。采用数值模拟方法,分析了前缘阵列式合成双射流与不同攻角飞翼布局流场的相互作用,探究其对飞翼布局纵向气动特性的影响,最后对比了传统合成射流控制,突出了其优势。结果表明:前缘阵列式合成双射流可有效提高大攻角升力、减小阻力,增大升阻比,同时还会使俯仰力矩出现非线性变化,具备大攻角滚转姿态操控能力;合成双射流在前缘形成周期性涡结构,增强了边界层底部低速流体与主流的动量交换,提高了边界层抗逆压梯度的能力;攻角8°~10°时,合成双射流可完全抑制前缘分离,但攻角10°时,在靠近后缘处形成分离区,使升力略有减小;攻角12°时,合成双射流可推迟流动分离,分离线移动至机翼中段;攻角14°~16°时,合成双射流虽然仅可有效抑制靠近展向分离起始位置处的流动分离,但同时也增加了分离区内的流动能量,有效提高升力;攻角18°时,吸力面近乎完全分离,合成双射流虽未能有效抑制分离,但会使前缘吸力峰值回升,仍有增升、减阻的效果;与合成射流相比,合成双射流控制产生的气动变化量更大,更具应用潜力。

合成射流对高超声速进气道起动特性影响数值模拟研究

通过数值模拟研究合成射流作用于高超声速进气道内部流场,分析其对进气道起动性能的影响及进气道工作过程中对合成射流激励器本身的影响。结果表明:合成射流能够改善进气道的起动性能,其控制机理是合成射流阻碍内压缩段后部与隔离段前部两处分离边界层的连合,无法快速形成大的分离泡进而改善进气道起动性能;进气道工作过程中压力变化剧烈导致合成射流激励器膜片单向受载过大是激励器实际应用于超声速/高超声速流动控制急需解决的问题。

腔体增压等离子体合成射流激励器工作特性

为改善等离子体合成射流激励器在稀薄空气环境中的控制效果,增强其临近空间环境适应性,开展了腔体增压条件下激励器工作特性的研究。建立了腔体增压效果理论分析模型,计算结果表明:采用高压气源供气可以较好地提升激励器腔体气压,并且腔体气压对高压气源气压具有较好的跟随性,从而为射流强度调节提供了一种新的方式。搭建了腔体增压等离子体合成射流激励器实验系统,开展了腔体增压压力和射流流场特性测量,实验测量结果与计算结果吻合良好,误差小于2.6%。高速纹影观测显示:在腔体增压作用下,激励器控制力得到显著改善,射流锋面峰值速度由256 m/s提升至507 m/s。

“新工科”背景下研究生实践创新能力培养的探索

“新工科”建设对人才培养提出了更高的要求,研究生作为新工科人才输送的重要力量,需进一步加强研究生教育中实践创新能力的培养。文章对“新工科”背景下研究生实践创新能力培养进行了探索,总结了研究生实践创新能力培养的方法与措施;针对工科研究生专业课程教学,探索建立了一种注重实践创新能力的专业课程教学思路和方法,并在工科研究生专业课程教学中进行了探索与实践。

周期性激励控制翼型流动分离研究综述

主动流动控制技术是21世纪最具发展潜力的航空航天技术之一,未来可以作为飞行器设计的一个新自由度.将主动流动控制技术应用于翼型流动分离控制,在基础研究与应用研究方面具有重要意义.鉴于周期性激励的能量效率高、应用方便,本文对周期性激励控制翼型流动分离的研究进行综述,介绍了评估参数,讨论了激励频率、强度、施加位置和雷诺数的影响.接着介绍了文献中提出的三个值得注意的方面:一是能量效率评估标准,可以指导对激励器和控制策略的选择;二是声学激励模态,在高频激励下发现扰动以声波为主,可能使流动分离恶化;三是阻力异常现象,在某种条件下发现有激励时形阻大于总阻的情况.最后梳理了下一步研究的重点方向.本文可为采用周期性激励进行流动分离控制提供参考.

基于机器学习的高速复杂流场流动控制效果预测分析

流动控制激励器是主动流动控制技术的核心,其设计水平和工作性能直接决定了主动流动控制的应用效果和应用方向。为了获得流动控制激励器的作用规律,需要大量实验研究激励参数对控制效果参数的影响,实验代价较大。利用逆向等离子体合成射流激波控制实验数据,采用机器学习中的高斯过程回归模型,获得激励器参数(头锥直径、腔体体积、放电电容、出口直径)到控制效果参数(最大脱体距离)的映射规律,对比多种核函数下高斯过程回归的预测效果,采用特征重要性分析方法分析激励器参数对控制效果参数的影响程度。结果表明:对于小样本问题,采用2次多项式核函数Poly2的高斯过程回归预测精度最高。在特征重要性分析上,头锥直径对最大脱体距离的影响程度最大;其次是放电电容和腔体体积,2个参数的影响相近;出口直径影响最小。本文工作可为高速复杂流场流动控制实验中激励器各项参数的设置提供一定参考。

合成双射流控制水下圆柱绕流流动分离数值模拟研究

为了探究合成双射流激励器及出口射流参数对圆柱绕流流动分离的控制效果,首次对合成双射流控制水下圆柱绕流流动分离进行了数值模拟。数值计算结果显示:保持激励器出口射流振幅不变的条件下,出口射流频率等于尾迹涡脱落特征频率时,射流控制作用与绕流流场耦合效果最好,控制流动分离效果最佳;保持出口射流频率为尾迹涡脱落特征频率时,在数值计算测试范围内,随着射流振幅的增大,射流对于流场的动量掺混能力增强,控制效果也随之增强。机理分析表明:合成射流位于前驻点的控制,主要通过在圆柱前缘形成虚拟气动外型来达到减阻控制的效果;而合成射流位于后驻点的控制,主要是通过增强回流区的动量掺混来提高回流区抑制分离的能力,从而达到减阻控制的效果。

基于分布式合成双射流的飞行器无舵面三轴姿态控制飞行试验

将自主可控的合成双射流激励器集成于常规布局飞行器中,进行了三轴无舵面控制飞行试验,验证了分布式合成双射流对飞行器巡航时的无舵面姿态调控能力.对合成双射流激励器进行改进,设计了分布式三轴姿态控制合成双射流激励器,滚转环量控制激励器分别安装于两侧机翼翼尖处后缘,射流出口靠近压力面;偏航反向合成双射流控制激励器分别安装于靠近两侧机翼翼尖20%弦长处,上、下沿展向均匀布置;俯仰环量控制激励器安装于V尾下的平尾后缘,射流出口靠近压力面.针对巡航速度为30 m/s的飞行器,进行了三轴姿态控制飞行试验,结果表明:分布式合成双射流实现了飞行器巡航时的三轴无舵面姿态操控;横航向控制存在耦合,滚转环量控制激励器实现了飞行器的双向滚转操控,能产生的最大滚转角速度达16.87°/s,偏航反向合成双射流控制激励器实现了飞行器的双向偏航操控,能产生的最大偏航角速度达9.09°/s;俯仰环量控制激励器实现了飞行器的纵向控制,能产生的最大俯仰角速度达7.68°/s.

合成双射流逆向吹吸控制对翼型流动特性影响

为探究合成双射流(Dual Synthetic Jets,DSJ)技术对飞行器航向姿态的控制能力,采用数值模拟的方法,研究了反向DSJ对小攻角、大攻角下翼型绕流流场的控制机理及气动控制特性,并通过飞行试验验证了其航向姿态控制能力。结果表明:小攻角下,反向DSJ会使阻力增大,升力略有减小,俯仰力矩基本不变;大攻角下,反向DSJ会使升力、阻力及低头力矩增大。小攻角下施加控制后,激励器出口前由于射流的阻挡作用形成高压区,伴随着流向逆压梯度的增加,分别在两个出口后形成准定常低压回流区,致使前后压差阻力增大,但压力包络面积基本不变,故升力变化不大;大攻角下施加控制后,除了会在射流出口前、后分别形成高压区、低压区外,还会使背风面流动提前分离,扩大分离区域面积,同时也会减小分离区内的压力值,扩大压力包络,增大阻力的同时,也会提升升力。飞行试验结果表明,反向DSJ具有对飞行器巡航时航向姿态的控制能力,可实现的最大偏航角速度为9.01°/s。

基于卷积神经网络的合成双射流控制机翼分离流场识别与参数优化

为进一步拓宽合成双射流(DSJ)技术在翼型分离流动控制领域的工程应用,采用数值模拟的方法,研究了DSJ对分离流的控制机理与控制规律,构建控制参数向量与气动参数之间的RBF神经网络代理模型,通过改进的粒子群算法(PSO)搜索一定约束下所能达到的最佳气动参数,并搭建Inception-V3卷积神经网络模型对平均速度场所对应的控制参数进行识别,以实现根据目标流场调整激励器参数,使其气动性能达到最优的目的。结果表明:DSJ对分离流的控制机理包括:动量注入效应、涡掺混效应、抽吸效应;射流控制参数对控制效果有较大影响,迎角为16°~21°时,无量纲控制频率F^+在0.5~4.0范围内都具有较好的控制效果,迎角为22°~24°时,最佳无量纲控制频率为3~4,同时动量系数越大,增升减阻效果越明显;RBF神经网络具有良好的泛化能力,测试误差不超过17%;PSO优化结果显示,在16°≤α≤24°、0<F^+<4、0<C_μ<0.0954约束内,翼型所能达到的最大升力系数为1.793,最小阻力系数为0.013;Inception-V3模型在测试算例中的均方误差最大为0.1023,模型预测得出的控制向量所对应的速度场与原始速度场在小失速迎角下一致性较好,在大失速迎角下一致性较差。

国际EPC承包商管道试压质量管理

在石油化工建设领域,国际EPC承包商采用“试压包”来进行管道工程的试压管理。对管道工程的试压验收过程进行了分析,并从“试压包”的编制、审批、执行和关闭几个阶段的管理详细阐述了“试压包”的运行流程,结合实际工程实践,总结出“试压包”能够有效提高管道工程试压管理质量和效率,并形成一套完整、有序、详尽的技术资料和验收记录。该工作对类似工程项目有一定的借鉴意义。