自激扫掠喷嘴气液两相流场特性研究

为研究自激扫掠喷嘴内、外流场结构,分析高频扫掠液柱的变形和破碎过程,首先采用高速阴影成像法,在0.1~4.0 MPa压降范围内,对喷嘴的扫掠频率及扫掠张角等基本工作特性进行了测量;其次,采用实验测量结果对气液两相数值模型进行了校核;最后,采用校核后的数值模型对喷嘴内、外气液两相流场结构开展了模拟研究。研究结果表明:喷嘴内部为单相流动,无气相介质的回流;液柱的高频扫掠使其在喷嘴出口形成了一个扇形液面;液柱的自旋增强了气相对液柱的剪切作用;在扇形液面两侧,液柱的反向偏转会导致其变形和破碎;在扇形液面中间,液柱的横向扫掠形成一个高速气相区,气相速度可达液相的3倍,提高了韦伯数,使得“液丝状”的液柱进一步破碎并扩散。

无反馈通道自激扫掠喷嘴工作特性

无反馈通道自激扫掠喷嘴仅在压力驱动下,通过两股射流在耦合腔内部的相互作用,就能在出口实现液柱喷射方向的自激发高频变化。为了探索此新型喷嘴在航空发动机内燃油喷射的应用潜力,本研究综合采用高速阴影成像法和二维数值模拟方法,研究了不同工作介质、不同缩比尺寸下,无反馈通道自激扫掠喷嘴的特征流速、工作频率、扫掠张角等参数随工作压降的响应变化情况。结果表明,无反馈通道自激扫掠喷嘴在较宽的工作压力范围(0.1~6 MPa)和特征尺寸范围(0.2~7 mm)内均能够实现稳定的自激发扫掠振荡喷射,产生30°以上的扫掠张角和5 kHz以上的振荡频率。无反馈通道自激扫掠喷嘴的扫掠张角基本不随压力和等比缩放特征尺寸而变化,但是其工作频率与其喉道处的特征流速成正比,与喉道宽度成反比,且其频率响应存在双模态现象。

新型自激扫掠喷嘴及其工作特性研究

针对涡轮、冲压发动机等空天动力装置对提高燃油雾化性能和油气掺混均匀度的迫切需求,提出一种内含扰流柱的新型自激扫掠喷嘴结构,能够实现0.5mm通径尺度下的自激发扫掠振荡液态燃料喷射。采用高速阴影成像、激光粒径测量等多种实验方法,研究了0.5mm特征尺度下,采用水和航空煤油介质时,新型自激扫掠喷嘴的质量流量、工作频率、扫掠张角、雾化粒径等参数随工作压降的响应变化情况。结果表明,此新型自激扫掠喷嘴在较宽的工作压力(0.05~5MPa)内均能够实现稳定的自激发扫掠振荡,产生50°以上的扫掠张角和1600Hz以上的振荡频率,且其扫掠张角和表征工作频率的斯特劳哈尔数St在较宽工作压力范围内保持恒定;与圆孔直射式喷嘴相比,其流量系数提高了12%,雾化能力实现了数量级的提升。本研究初步验证了新型自激扫掠喷嘴在空天动力装置典型应用环境和工况下的应用可行性。

基于机器视觉的虚拟雕刻刀具扫掠体建模研究

在虚拟雕刻系统中,刀具扫掠体的建模是极其重要的一步,它是刀具扫掠体与毛坯进行布尔运算的基础,因而需要对它进行细致的研究,讲述了刀具扫掠体模型的建立过程,主要包括扫掠基体的抽象简化、扫掠路径的分析、扫掠轮廓曲线的提取以及扫掠体的构建;然后再通过实例证明了该造型方法的实用性。

考虑熵层效应的扫掠激波/湍流边界层干扰特性研究

为了探究熵层对扫掠激波/湍流边界层干扰特性的影响规律,采用仿真方法对尖鳍/钝板物理模型进行研究。结果表明:扫掠激波上游的熵层厚度随着平板前缘钝化半径的增大而增加,同时边界层厚度也随着熵层厚度的增加而增加。熵层的引入并不改变扫掠激波/湍流边界层干扰固有的准锥形相似特性,也不会改变拟锥原点(virtual conical origin,VCO)的位置,仅会改变干扰形成的上游影响线和分离线的角度。扫掠激波/湍流边界层干扰形成的锥形主旋涡和角涡的尺度随着熵层厚度的增加而增大。上游熵层的引入增大了下游扫掠激波/湍流边界层干扰区的总压损失,但扫掠激波/湍流边界层干扰自身造成的相对总压损失并不受上游熵层的影响。

多源扫掠体全六面体网格自动生成算法

引入虚面概念和虚拟分解算法,将多源面单目标面扫掠体(简称多源扫掠体)自动分解为多个单源面单目标面扫掠体(简称单源扫掠体).针对每个单源扫掠体,先生成虚面网格,然后生成包含虚面的单源扫掠体网格,以保证共享虚面上的网格一致性.单源扫掠体网格生成的关键是内点定位,通过改进仿射变换求解算法,解决了已有算法的2个缺陷,一是源面边界点共面时仿射函数不唯一,二是源面、目标面和扫掠路径弯曲时内部单元可能会扭曲.数值试验表明,新的内点定位算法在网格质量和执行效率上都要优于已有算法.与某商业软件扫掠网格生成结果的对比也验证了本文算法的实用性.

面向速度各点异性的刀具运动扫掠体建模与仿真

根据刀具回转体的几何特点,考虑刀具运动时表面各点的速度差异性,建立了回转体的球体模型,计算了多轴数控加工的刀具扫掠轮廓线,进而获得了刀具扫掠包络面,并进行了加工过程仿真验证。算法考虑了多轴数控加工机床运动链和多轴刀具运动的速度特点,无需复杂的方程求解和数值分析,直接简单准确地确定了刀具运动扫掠体的几何表达。

主轴摆动式五轴加工中扫掠轮廓线的显式计算

提出一种显式表达主轴摆动式五轴数控加工中环形刀具上扫掠轮廓线的算法。运用包络原理,推导出扫掠轮廓线的计算公式。并在此基础上,分析了轮廓线在刀具曲面不同部分的形状及几何性质,列举了轮廓线各种可能性。进而,根据线动成面的原理,构造并显示了刀具扫掠面。实例表明,所提出的计算方法高效精确,为复杂曲面五轴加工过程的动态模拟和加工误差的控制奠定了数学基础。

五轴数控加工中刀具扫掠轮廓线的计算和分析

给出了五轴联动数控加工中环形刀具扫掠轮廓线的表达式,分析了扫掠轮廓线在刀具曲面不同部分的几何特性。所用的计算方法高效精确,并可进一步推广到任意形状的刀具在不同形式的数控机床上扫掠轮廓线的计算和分析。

工作台旋转式五轴加工中扫掠轮廓线的求解

国内外对五轴数控加工中的扫掠轮廓线的研究往往集中于主轴摆动式机床。本文给出了实际生产中应用广泛的工作台旋转式五轴加工中环形刀具上扫掠轮廓线的显式表达式,分析了扫掠轮廓线在刀具曲面上的几何特性。所用的计算方法高效精确,为复杂曲面加工过程的动态模拟和加工误差的控制奠定了数学基础。

刀具空间运动扫掠体包络面建模的双参数球族包络方法

将锥刀、鼓刀和环刀的切削刃回转面表示为单参数可变半径球族的包络面,利用双参数球族包络理论推导出这三种刀具在一般空间运动下的扫掠体包络面的解析表达式,对于环刀还给出两种边界线的计算方法,所提出的原理也适用于其他类型的回转刀具。该方法可用于多轴(包括并联机床)数控加工干涉检验、精度评估、行距优化、路径生成等的全面数字化描述和并行计算处理,锥刀五轴侧铣加工精度校验的结果表明该方法具有很高的精度和稳定性。

扫掠体六面体网格生成算法研究

为了提高网格最终生成质量,内部节点定位是采用扫掠法生成六面体网格过程中的关键一步.在研究复杂扫掠体六面体网格生成算法过程中,提出了一种基于4D Shepard插值的内部节点定位新算法,该算法分别计算源面和目标面网格的边界节点到每个中间层对应边界节点的矢量,通过Shepard方法插值这些矢量,计算得到分别对应于源面和目标面的中间层内部节点,再线性插值两组内部节点,得到当前中间层的最终内部节点.实例表明,该算法快速、稳定、可靠,可处理大量复杂212维实体六面体网格生成问题.

多源多目标扫掠体的全六面体网格自动生成算法

为实现多源多目标扫掠体六面体网格生成,提出针对该类形体的全六面体网格自动生成算法.该算法结合虚面和虚拟分解算法,将多源多目标扫掠体自动分解为多个多源扫掠子体;再采用多源扫掠网格生成方法生成各子体网格,整体网格则由各子体网格自动组合而成.文中给出了完整的虚拟分解算法,在虚拟分解流程中的"压印"环节利用改进的边界约束Delaunay三角化方法统一处理各类情形,避免了传统算法复杂的分类讨论.最后给出多个网格实例及其网格质量数据,验证了文中算法的实用性.

回转刀具侧铣加工扫掠包络面几何造型及其应用

三维曲面加工是通过刀具扫掠包络面逼近设计曲面来实现的。针对侧铣加工,提出一般回转刀具扫掠体包络面的双参数球族包络表示方法,建立刀具包络面及其第一和第二基本型的解析表达式。定义两种用于评价设计曲面与包络曲面之间偏差的法向误差函数,并推导出其关于刀具回转面和刀轴轨迹面形状控制参数的一阶梯度表达式,在此基础上提出了刀具扫掠包络面最佳逼近设计曲面的扫掠造型方法,为研究五轴侧铣加工所关心的各类运动几何学问题提供了理论框架。侧铣加工离散刀位优化的应用实例验证了所提方法的有效性。

子域约束扫掠体的六面体网格生成方法

为了保证扫掠法生成六面体网格的效率,必须将扫掠体中的扫掠面划分为结构网格.受到连接体在扫掠面上形成的子域影响,扫掠面的网格划分会出现局部的非结构网格,阻碍扫掠法的应用,为此提出一种新的扫掠方法.该方法将扫掠体中含有子域约束的面网格进行分割,将分割出的结构网格与非结构网格重组为新的扫掠组;在各扫掠组内补充边界点,在边界点内插值生成内部节点,最终完成整个扫掠体六面体网格节点的生成.实例结果表明,文中方法稳定、可靠,可处理复杂2.5D实体六面体网格生成问题.

基于扫掠法的六面体网格生成算法及实现

提出了一种基于扫掠法的六面体网格生成算法,该算法通过源和目标曲面参数域间的近似最小二乘仿射映射将源曲面的网格投影到目标曲面,并利用背景网格插值的方法计算内结点,从而将2.5维实体生成六面体网格。该算法避免了空间网格投影过程中耗时的“寻根”过程,并且不需要导致效率降低的网格优化,能够处理各种2.5维实体,生成的网格质量较好。

基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测技术

针对线缆具有柔性可变形特性而引起线缆碰撞检测难的问题,提出了基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测方法。基于距离场的碰撞检测方法主要用于检测线缆与线缆、线缆与结构件之间的碰撞:首先通过建立线缆体廓包围球,完成线缆多细节层次球面调和的表达;然后生成三维距离场映射,获取线缆或结构件表面法向量和穿刺深度等碰撞反馈信息。基于扫掠剪除算法的碰撞检测方法主要用于检测线缆的自碰撞:先构建线缆分段数学模型,然后通过线缆离散点扫掠剪除完成线缆自碰撞检测。最后对算法进行了验证,算法具有较好的准确性和快速性,可以满足工程实际的要求。

基于矩阵变换和混合方法的扫掠曲面

提出了用矩阵变换和混合的方法，构造多种由相关曲线依据不同的扫掠规则生成的扫掠曲面。扫掠规则可以分为平行扫掠、脊线扫掠、同步扫掠和旋转扫掠四种。最后将其应用于复杂外形产品的设计。

基于子域重构的扫掠体六面体网格划分方法

针对扫掠体连接其他实体造成扫掠面结构网格划分困难,导致扫掠法无法在扫掠体内生成六面体网格的问题,提出针对扫掠体的六面体网格划分方法.该方法对扫掠面进行拓扑分解,依据结构网格节点的排列要求和分解域的连接关系综合计算棱边单元划分数.结合超限映射法在分解域内填充结构网格,依据扫掠法的基本步骤生成六面体网格;对不能采用结构网格填充的扫掠面子域进行重构以隔离非结构网格,对扫掠面子域边界外、内的网格区域先后进行扫掠生成最终六面体网格.实例表明,该方法稳定、可靠,可以处理复杂的2.5维实体六面体网格生成问题.

高速车轮扫掠力监测系统的集成研究

利用数据采集卡PCL-816,在LabVIEW开发环境中实现轨道车轮扫掠力监测系统的设计。介绍本系统的构成及其软、硬件实现,并通过实验验证本系统可以实现高精度高速数据采集、采集时间控制及大量数据处理等功能。