飞行器乘波前体/Bump型面优化设计方法研究

飞行器前体和Bump型面是乘波体思想在飞行器部件设计中的两大经典案例,可有效提升飞行器总体气动性能,已经成为飞行器总体设计的核心技术。为寻求乘波前体和Bump型面的最优设计以提升飞行器设计效率,提出了一种可应用于乘波前体和Bump型面的优化设计方法。采用密切锥理论和圆锥绕流流场生成初始的乘波前体和Bump型面,并通过面元法快速预估气动性能;结合BP神经网络建立的代理模型和遗传算法NSGA-II对乘波前体和Bump型面快速优化;利用数据挖掘方法分析乘波前体和Bump型面的流动机理。优化后的乘波前体升阻比提升了25.6%,体积提升41.4%。Bump型面阻力系数减少10.9%,横向压力梯度增加12.1%。研究结果表明,提出的优化方法能够有效应用于乘波前体和Bump气动型面的设计优化,对飞行器整体气动性能的优化具有指导意义,在工程应用中具有重大潜力。

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。

一种基于稀扩散燃烧的BUMP燃烧室及其对柴油机碳烟和NO_x排放影响的实验研究

在壁面布置限流沿 (BUMP)后 ,撞壁射流从壁面被剥离 ,形成二次空间射流 ,可大大加快空气与流体的混合速率。基于此 ,设计了带有 BUMP的燃烧室 ,采用了可灵活控制喷油规律的 FIRCRI电控共轨式喷油系统进行了发动机实验。实验结果表明 :BU MP燃烧系统能显著降低 NOx 和碳烟排放 ,在平均有效压力为 0 .6 6 MPa(原机 5 0 %负荷 )时 ,烟度只有 0 .1BSU,NOx 为 42 0× 10 - 6;由于在缸内能够形成较均匀的混合气 ,缸内平均过量空气系数在 1.3～ 2 .0的范围内时 ,烟度一直保持在 0 .3BSU以下。实验还发现 BUMP的位置以及喷油定时对排放有重要影响。BUMP燃烧系统在降低 NOx 和碳烟排放方面显示了极大的潜力。

BUMP燃烧室的稀扩散燃烧机理

开发了BUMP燃烧室并进行了对比实验,发现BUMP燃烧室中可以形成稀的扩散燃烧氛围,使NOx和碳烟排放同时降低．喷射定时3°CA ATDC时,烟度排放降低了约70％,NOx排放与对比燃烧室相当．CFD模拟研究表明,不同的喷射定时下,燃油到达燃烧室壁面时的混合和燃烧状态不同,只有油束在滞燃期内到达燃烧室壁面,由限流沿(BUMP环)扰动形成的二次空间射流才能充分形成,稀扩散燃烧才能明显发生．

Bump进气道设计与试验研究

对一种先进的无隔道超音速进气道(Bump或者DSI)进行了设计方法和风洞试验研究。研究表明:Bump进气道性能优异,并且取消了传统的超音速战斗机进气道设计中的附面层隔道、泄放系统和旁路系统,使得飞机阻力小、重量轻、可靠性高。Bump进气道是根据锥型流理论,采用乘波原理设计的。即用机身形面去截取锥形流场,在此范围内进行压缩面的设计,由于锥型波波后产生等熵压缩,在压缩面展向形成一定的压力梯度,将附面层排出进气道口外。

枭龙飞机Bump进气道设计

对枭龙飞机先进的无隔道超声速进气道（Bump）的设计和风洞试验进行了分析。结果表明：枭龙飞机Bump进气道性能优异,总压恢复系数高,与斜板进气道比,σ提高0.02-0.04;综合畸变指数低,满足进/发匹配要求;并且取消了附面层隔道和放气门系统,使得飞机阻力小、重量轻、可靠性高。

飞机快速俯仰机动下Bump进气道的动态特性研究

对两侧Bump进气道进行了动态特性风洞试验研究。研究表明:飞机做俯仰机动时,进气道相关性能参数随着时间作周期性变化;迎角α>10°时,上仰过程中,进道总压恢复系数σ、出口总压综合畸变W、出口总压周向畸变Δσ0降低,下俯过程中则升高,且上仰过程中上述参数值明显小于下俯过程,一个俯仰周期形成一个闭合环路;进气道出口总压脉动平均紊流度Tu在整个过程中变化不大。

TRANSONIC DRAG REDUCTION ON SUPERCRITICAL WING SECTION USING SHOCK CONTROL BUMPS

Two-dimensional and three-dimensional shock control contour bumps are designed for a supercritical wing section with the aim of transonic wave drag reduction. The supercritical airfoil （NASA SC （02）-0714） is selected considering the fact that most modern jet transport aircrafts that operate in the transonic flow regime （cruise at transonic speeds） employ supercritical airfoil sections. Here it is to be noted that a decrease in the transonic wave drag without loss in lift would result in an increased lift to drag ratio, which is a key range parameter that can potentially increase both the range and endurance of the aircraft. The major geometric bump parameters such as length, height and span are altered for both the two-dimensional and three-dimensional bumps in order to obtain the optimum location and shape of the bump. Once an optimum standalone three-dimensional bump is acquired, an array of bumps is manually placed spanwise of an unswept supercritical wing and analyzed under fully turbulent flow conditions. Different configurations are tested with varying three-dimensional bump spacing in order to determine the contribution of bump spacing on overall performance. The results show a 14% drag reduction and a consequent 16% lift to drag ratio rise at the design Mach number for the optimum arrangement of bumps along the wing span.

改进自组织迁移算法及其在Bump问题中的应用

提出了改进自组织迁移算法(Improved Self-Organizing Migrating Algorithm,ISOMA)。该算法通过在迁移过程中引入差分迁移方式来增加种群的多样性,将迁移的方向由原来的正方向扩展到正负两方向以提高算法的搜索能力,对步长进行自适应调整进一步平衡算法的勘探和开采能力。利用该算法来求解高维约束问题--BUMP问题,计算结果表明新算法的有效性。

“Bump燃烧室”内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置 ,用片状激光诱导荧光法 (PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究 ,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算 ,二者结果基本吻合 .平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明 ,撞壁射流在遇到限流沿 (Bump)后会剥离壁面 ,形成二次空间射流 ,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率 ,出现与周围空气迅速混合的“闪混”现象 ,减少壁面燃油堆积量 .计算结果还表明 ,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构 ,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸 ,促进了燃油与空气的混合 。

利用面片阴影法简化Bump Mapping

论文介绍了Bump Mapping的生成方法,并针对可分割bump形式的纹理提出了利用OpenGL简化计算和加速显示的方法———面片阴影算法,即利用面片的阴影降低逐点计算的复杂性。

凸包(Bump)进气道/DSI模型设计及气动特性研究

利用基于乘波理论的Bum p进气道设计软件,据锥型流精确流线法设计了一腹部进气布局的Bum p进气道。用CFD模拟手段,从对称面马赫数分布、凸包上的极限流线及横截面上压强系数分布等方面分析了进气道进口段流场特征,证明所设计的Bum p进气道流动特征符合预期设计目标。通过CFD计算和试验对比,分析了所设计的Bum p进气道超声速气动性能,表明在发动机设计状态,在来流马赫数M a∞为2.0时,出口平均总压恢复系数接近0.87,而在M a∞=1.8时该值不低于0.91。

水泥粉煤灰碎石桩处理桥头跳车效果动静力分析

为研究水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)对桥头跳车现象的改善作用,依托实际工程,采用模型试验方法,分析动静荷载作用下CFG桩桩长、桩径和桩间距对桥头处路面沉降和桩土竖向剪切应力分布规律的影响,依据复合模量方法,验证CFG桩对桥头跳车现象的改善效果。研究结果表明,随着CFG桩桩长、桩径的增加及桩间距的减小,桥头处路面沉降逐渐减小,能够改善桥头跳车现象;随着车辆行驶时间的增加,不同桩长和桩径CFG桩加固后桥头处路面竖向位移和桩顶竖向剪切应力均呈先增大后减小最终趋于稳定的趋势,车辆驶过桥头后,路面出现较小幅度的向上隆起;公路服役4年后,不同桩长和桩径CFG桩加固后桥头处路面最大沉降趋于稳定;采用CFG桩处治桥头处不良土质时,CFG桩桩长宜为12~16m,桩径宜为450~500mm,桩间距宜为1.6~1.8m。

基于流固耦合的波箔动压气体轴承承载性能优化

基于有限元软件Ansys Workbench,建立波箔动压气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨不同转速和波箔片结构参数(波箔的长度比、高度以及厚度)对轴承承载性能的影响规律。结果表明:轴承气膜压力大小的分布与平箔片变形量的大小成对应关系,说明提出的流固耦合方法能很好地反映波箔动压气体轴承的润滑状态;随着转速的增大,轴承动压效应不断增强,承载力增大,且平箔片的结构变形不断增大,致使气膜压力的收敛区发生波动;随着波箔的长度比和波箔片厚度的增加,轴承承载力先快速增大后趋于稳定,而波箔片高度对承载力影响不大,表明适当增加波箔的长度比和波箔片厚度可以提高承载力。

波箔片制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响

为探究制造误差对径向波箔轴承的影响,基于Timoshenko梁单元建立波箔片变形的简化模型,基于ABAQUS建立波箔片的实体模型,并对比2种模型下波箔片的静刚度。结果显示,Timoshenko梁模型和实体模型的波箔片静刚度曲线较为吻合,且均呈线性变化。建立径向波箔轴承的实体模型,对轴颈进行位移加载,分析轴承的静刚度特性。结果显示,在考虑摩擦时,轴承的静刚度存在明显的滞回特性。设计存在2种不同误差类型的径向波箔轴承,并对其静刚度特性进行分析,发现波高误差对静刚度的影响大于波距误差,且控制起主要支承作用的波纹的波高误差能够有效降低制造误差对径向波箔轴承静刚度的影响。

倒装芯片凸块制备工艺

倒装芯片是先进封装中的主流技术之一,而凸块制备工艺又是倒装芯片关键技术之一,随着消费类电子产品朝着轻薄短小的趋势发展、芯片集成度越来越高、引脚数越来越密集,凸块制备工艺也在随之发展。凸块制备工艺包括UBM、蒸发、C4NP、模板印刷和电镀工艺。随着芯片尺寸的减小,焊球凸块逐步向铜柱凸块发展。同时还要应对细间距铜柱带来的共面性问题、应力问题和金属间化合物生长等可靠性问题。

小间距下光刻孔孔径对铟凸点阵列制备的影响

小间距下制备铟凸点阵列时,常出现铟凸点高度较低、均匀性较差的情况。文中研究了小间距条件下热蒸镀过程中光刻工艺所形成的光刻胶孔径对于铟凸点沉积质量所带来的影响,并选取了合适的光刻和蒸镀参数,在8μm间距的Micro-LED芯片上成功制备了高度为4μm的铟凸点阵列。实验表明,铟凸点的高度随光刻过程中形成的光刻胶孔径的增大而增大,增长率随之降低。在5μm大小的光刻胶孔径下制备得到的铟凸点阵列高度较高且均匀性较好。

一种基于稀扩散燃烧概念的bump燃烧室及其降低柴油机有害排放机理的研究

提出了一种bump燃烧室,可使撞壁射流从壁面被剥离,形成二次空间射流,从而加快空气与流体的混合速率。采用了可灵活控制喷油规律的FIRCRI电控共轨式喷油系统。实验表明bump燃烧室在缸内能够形成稀扩散燃烧氛围,在缸内平均过量空气系数λ处在1.3～2.0的范围内,显著降低NO_x和碳烟排放。bump燃烧系统在降低NO_x和碳烟排放方面显示了极大的潜力。

同步挤压小波变换在矿山微震监测系统中的应用

微震监测技术是一种保证矿山安全、高效、可持续发展的重要地压监测手段。矿山传感器获取的微震数据容易受到宽频带非平稳噪声的影响,导致微震监测缺乏可用的高质量数据。本文介绍了一种新的频谱分析方法——同步挤压小波变换,它提供了一种将数据同时分解到时域和频域的方法,且比小波变换等方法的时频分辨率更高,可以在时频谱上更为清晰地展示微震信号。同时,本文还比较了Morlet小波基和Bump小波基对微震波形的影响程度,并通过现场微震监测波形验证了Morlet小波基的相对可靠性。采用基于噪声水平的硬阈值滤波方法对其进行分别处理,结果表明,基于Morlet小波基的同步挤压小波变换在从原始数据中提取微震信号方面具有更大的实用价值,能够有效地提高信号的信噪比。

离心空压机波箔气体轴承设计及实验研究

针对功率26 kW、主轴径22 mm的氢燃料电池离心空压机,设计波箔动压气体轴承;在搭建的实验台上进行轴承静动态特性实验和耐久性实验,得到轴承滞回曲线和静态刚度曲线,以及空压机轴系升降速振动三维频谱图、30 000~95 000 r/min下的时域图。实验结果表明:研发的波箔动压气体轴承静态刚度与轴承位移具有非线性特性;空压机启停100 000余次后,平箔表面仅有轻微磨损,波箔高度几乎无变化,表明轴承具有良好的耐久性;转子振动以基频为主,全转速范围内主振幅为1μm左右,无明显低频和高频振动;两级气浮轴承离心空压机实验最高工作转速可达95 000 r/min,并且表现出良好的热力性能。