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基于内乘波概念的三维变截面高超声速进气道

中国科学（E辑） 2009年第7期39卷 1483-1494页

作者：尤延铖梁德旺南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

提出并命名了高超声速三维变截面内乘波式进气道,其进、出口截面形状同时可控,且能够全流量捕获来流;分析了高超声速进气道的流线追踪设计方法与外流乘波体设计方法间存在的联系;根据内收缩基本流场的特点,从理论上证明吻切锥理论不适... 详细信息

提出并命名了高超声速三维变截面内乘波式进气道,其进、出口截面形状同时可控,且能够全流量捕获来流;分析了高超声速进气道的流线追踪设计方法与外流乘波体设计方法间存在的联系;根据内收缩基本流场的特点,从理论上证明吻切锥理论不适用于内乘波式进气道设计,而吻切轴对称理论则可以运用于变截面内乘波式进气道设计.在此基础上,提出了变截面内乘波式进气道的两类具体设计方法.采用这两类方法,获得了三角形进口到椭圆出口和方形进口到椭圆出口的变截面内乘波式进气道方案.计算结果证实,变截面内乘波式进气道设计理论可以在实现截面形状三维复杂过渡的同时,保证进气道内部激波形状和主要流动特征仍与设计基本流场一致,进气道初始激波贴口,实现内乘波,全流量捕获来流.该设计理论为复杂外形的三维高超声速进气道设计提供了思路,但此类进气道在设计和非设计状态下的具体流动特征及工作特性都还有待进一步研究.

关键词：内乘波变截面高超声速进气道吻切流全流量捕获

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横向气流中非牛顿液体射流直接数值模拟

航空学报 2016年第9期37卷 2659-2668页

作者：朱呈祥尤延铖厦门大学航空航天学院厦门361005

采用直接数值模拟研究了动量比为6的非牛顿液体射流在横向气流中的破碎特征,重点分析了表面波发展、弯曲特性和展向扩散等射流结构及其非牛顿特征。在非牛顿液体射流的近喷嘴位置,其表面迹线随时间摆动,并有逆横向气流方向运动的趋势。... 详细信息

采用直接数值模拟研究了动量比为6的非牛顿液体射流在横向气流中的破碎特征,重点分析了表面波发展、弯曲特性和展向扩散等射流结构及其非牛顿特征。在非牛顿液体射流的近喷嘴位置,其表面迹线随时间摆动,并有逆横向气流方向运动的趋势。射流的展向扩散仅在喷入初期较为明显,此后基本维持在接近35°的扩散半角。射流的一次破碎,尤其是液丝与液滴、甚而卫星液滴的生成过程都被精细地捕捉和描述。在近喷嘴的射流柱附近,横向气流流动具有一定的圆柱扰流相似性,在其他区域则表现为极其复杂的紊流特征。射流的非牛顿特性主要体现在黏性系数,不同位置的液体黏性系数相差超过20%。相较牛顿液体射流,剪切稀化的非牛顿射流具有更易破碎的特征。

关键词：液体射流横向气流非牛顿流体破碎直接数值模拟

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基于局部偏转吻切方法的多级压缩乘波体设计

力学学报 2022年第3期54卷 601-611页

作者：郑晓刚朱呈祥尤延铖厦门大学航空航天学院福建厦门361005

乘波体因优异的气动特性,被认为是突破现有“升阻比屏障”的有效途径之一,已成为高超声速飞行器气动设计的研究热点.针对常规单级压缩乘波前体压缩量不足的问题,基于局部偏转吻切方法提出一种多级压缩乘波体设计方法,实现了多道非轴对... 详细信息

乘波体因优异的气动特性,被认为是突破现有“升阻比屏障”的有效途径之一,已成为高超声速飞行器气动设计的研究热点.针对常规单级压缩乘波前体压缩量不足的问题,基于局部偏转吻切方法提出一种多级压缩乘波体设计方法,实现了多道非轴对称激波的逆向乘波设计.通过引入多道非轴对称激波,可充分发挥乘波前体的预压缩效果,并为复杂外形条件下的高超声速飞行器设计提供新的思路.以基于非轴对称椭圆锥激波的两级压缩乘波体为例阐述了该多级设计方法,并在相同条件下设计了3种不同长短轴比的两级椭圆锥压缩乘波体.设计状态下的数值模拟结果表明,无黏条件下,该设计方法得到的壁面压力分布与CFD结果基本一致,且对应气动力参数的最大误差仅为0.3%左右,证明了该方法的可靠性.相较于两级圆锥压缩乘波体,长短轴比大于1的两级压缩乘波体拥有更好的压缩性能和升阻特性,但总压恢复系数和容积特性有所下降,而长短轴比小于1的两级压缩乘波体性能恰好与之相反.黏性条件下,此类乘波体的激波系结构变化不大,两道椭圆锥激波在底部截面基本相交,仍具备较佳的乘波特性.

关键词：局部偏转吻切方法乘波体多级压缩非轴对称激波压缩效率

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短舱对螺旋桨滑流影响的IDDES数值模拟

航空学报 2016年第6期37卷 1851-1860页

作者：陈荣钱王旭尤延铖厦门大学航空航天学院厦门361005

基于非结构重叠网格技术,对短舱与螺旋桨滑流间的相互作用进行了非定常数值模拟研究。为了更好地捕捉螺旋桨尾涡的细节信息,计算采用基于Spalart-Allmaras模型的改进延迟脱体涡模拟(IDDES)方法,并在非定常计算过程中运用网格自适应技术... 详细信息

基于非结构重叠网格技术,对短舱与螺旋桨滑流间的相互作用进行了非定常数值模拟研究。为了更好地捕捉螺旋桨尾涡的细节信息,计算采用基于Spalart-Allmaras模型的改进延迟脱体涡模拟(IDDES)方法,并在非定常计算过程中运用网格自适应技术以提高流场特征的空间分辨率。研究结果表明:IDDES方法获得的拉力系数计算值与实验值吻合良好,短舱的存在会增大螺旋桨的拉力系数;短舱对螺旋桨桨毂涡的结构影响较大,但对桨尖涡的螺旋结构影响较小;对单独螺旋桨算例来说,桨尖涡与桨毂涡的失稳发展过程都具有周期性,且在有/无短舱情况下桨尖涡的失稳位置相同,失稳后桨尖涡之间配对融合过程一致,从而说明桨毂涡对桨尖涡的失稳没有影响。

关键词：螺旋桨短舱滑流改进延迟脱体涡模拟尾涡

高压环境下剪切稀化非牛顿撞击射流直接数值模拟

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航空学报 2019年第6期40卷 143-152页

作者：朱呈祥郑浩铭尤延铖厦门大学航空航天学院

高压环境下的撞击射流是液体火箭推进系统中广泛采用的一种燃料雾化方法,其雾化效果将直接决定最终燃烧效率。采用直接数值模拟(DNS)工具,对10MPa高压环境下剪切稀化非牛顿直角撞击射流的三维非定常雾化特征、机理及非牛顿特性进行了研... 详细信息

高压环境下的撞击射流是液体火箭推进系统中广泛采用的一种燃料雾化方法,其雾化效果将直接决定最终燃烧效率。采用直接数值模拟(DNS)工具,对10MPa高压环境下剪切稀化非牛顿直角撞击射流的三维非定常雾化特征、机理及非牛顿特性进行了研究。结果表明:高压环境下该撞击射流的雾化流场呈圆形辐射状分布并形成Mushroom头部和Ω状的局部凸起,气体中的涡量分布表现为有序贴附区和无序爆炸区两类,液膜向液丝的破碎主要受平均气体力和平均黏性力作用影响,而液丝向液滴的破碎则主要受局部流场参数影响,撞击雾化过程中液体无量纲表面积不断增长并可分为5个阶段。此外,撞击射流头部在局部强剪切力作用下其无量纲黏性系数最低降至仅0.7。

关键词：撞击射流非牛顿流体高压环境直接数值模拟(DNS) 剪切稀化

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低韦伯数非牛顿射流撞击破碎直接数值模拟

航空学报 2017年第8期38卷 1-9页

作者：朱呈祥陈荣钱尤延铖厦门大学航空航天学院厦门361005

非牛顿射流的撞击破碎在液体火箭推进系统中被广泛用于燃料的喷注雾化,然而人们对其破碎物理机制却知之甚少。本文将采用基于液体体积法的直接数值模拟(DNS)工具,研究夹角为90°的2个等直径低韦伯数射流撞击现象,并分析二者形成的单一... 详细信息

非牛顿射流的撞击破碎在液体火箭推进系统中被广泛用于燃料的喷注雾化,然而人们对其破碎物理机制却知之甚少。本文将采用基于液体体积法的直接数值模拟(DNS)工具,研究夹角为90°的2个等直径低韦伯数射流撞击现象,并分析二者形成的单一对角射流特征及其破碎机理。研究结果表明,撞击形成的单一对角射流直径较原射流直径大1.66倍,并在头部形成液滴诱导破碎的发生。除了头部破碎,在对角射流的发展过程中还观察到一类液柱破碎,表现为射流表面不稳定波不断发展形成新的弯曲波破碎,并产生卫星液滴及液滴的融合。伴随两股射流撞击的发生,气液两相交界面的面积也不断减小,同时,射流内部的黏性也不断变化,在本文的低雷诺数和低韦伯数条件下,流体内部黏性系数变化超过10%。

关键词：撞击破碎非牛顿流体对角射流直接数值模拟低韦伯数

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内乘波式进气道内收缩基本流场研究

空气动力学学报 2008年第2期26卷 203-207页

作者：尤延铖梁德旺南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

内收缩基本流场的设计直接决定了内乘波式进气道最终性能。编制二维轴对称特征线法程序,实现了来流马赫数6条件下的内收缩锥基本流场计算。提出以两道曲激波将内收缩锥流场划分为三个区域,反射激波与基本流场的交点所在平面流量平均参... 详细信息

内收缩基本流场的设计直接决定了内乘波式进气道最终性能。编制二维轴对称特征线法程序,实现了来流马赫数6条件下的内收缩锥基本流场计算。提出以两道曲激波将内收缩锥流场划分为三个区域,反射激波与基本流场的交点所在平面流量平均参数作为内收缩锥基本流场的性能评价参数。分析发现,内收缩锥基本流场流动特征与平面二维流动和外锥流动存在显著不同,该类流场流动损失与二维平面流动相当,但压缩能力强。内锥角、中心体半径比两个几何参数对流场性能的影响具有相似规律,给出了相应表达式,从而为内乘波式进气道的设计提供了依据。

关键词：高超声速内乘波式进气道内收缩基本流场特征线法

剪切稀化非牛顿射流撞击液膜破碎直接数值模拟

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航空学报 2018年第5期39卷 87-95页

作者：朱呈祥吴猛陈荣钱尤延铖厦门大学航空航天学院厦门361005

液态射流撞击是液体火箭推进系统中广泛采用的一种燃料雾化方法,其破碎特征直接影响燃料最终的掺混及燃烧效率。采用直接数值模拟(DNS)工具,研究了低雷诺数(Rel=41)和中等韦伯数(Wel=163)条件下剪切稀化非牛顿射流撞击液膜破碎的问题,... 详细信息

液态射流撞击是液体火箭推进系统中广泛采用的一种燃料雾化方法,其破碎特征直接影响燃料最终的掺混及燃烧效率。采用直接数值模拟(DNS)工具,研究了低雷诺数(Rel=41)和中等韦伯数(Wel=163)条件下剪切稀化非牛顿射流撞击液膜破碎的问题,着重分析了对角液膜的三维结构、破碎特征和非牛顿特性等。研究结果表明:在所研究的射流参数下,该非牛顿撞击液膜破碎属于Open Rim类别,破碎过程具有三维特性并伴随液丝与边缘的融合、液丝向液滴的转变等时域流动特征。液体的总表面积随时间不断增长,但单位表面积随液膜破碎的发生而下降,液膜扩张半角随时间逐渐增加并趋于恒定值43°,而后部液膜的长度几乎不随时间发生变化。此外,撞击液膜表现出明显的剪切稀化特性,液体内部最低黏性系数仅为零剪切黏性系数的1/5。

关键词：撞击射流非牛顿流体液膜破碎直接数值模拟(DNS) 剪切稀化

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新一代绿色超声速民机的发展现状与挑战

科学通报 2020年第2期65卷 127-133页

作者：徐悦韩忠华尤延铖陈黎中国航空研究院北京100012 西北工业大学航空学院西安710072 厦门大学航空航天学院厦门361102

民航客机早已成为人们生活和交通运输中不可或缺的一部分,而未来民机发展的一个重要动向就是进一步提高飞行速度来缩减飞行时间,使空中旅行更为高效、便捷和舒适.目前,各航空大国纷纷投身于新一代绿色超声速民机的研发浪潮中.2019年6月3... 详细信息

民航客机早已成为人们生活和交通运输中不可或缺的一部分,而未来民机发展的一个重要动向就是进一步提高飞行速度来缩减飞行时间,使空中旅行更为高效、便捷和舒适.目前,各航空大国纷纷投身于新一代绿色超声速民机的研发浪潮中.2019年6月30日,中国科学技术协会正式发布了2019年度20个对科学发展具有导向作用,对技术和产业创新具有关键作用的前沿科学问题和工程技术难题,“绿色超声速民机设计技术”成为航空领域入选的唯一代表,为加大社会各界对未来国产绿色超声速民机研制的重视力度、顺应世界民机发展趋势、推动我国超声速民机技术的发展提供了重要机遇.

关键词：产业创新交通运输民航客机民机发展航空领域飞行速度现状与挑战导向作用