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基于SCI／ERA方法的高效气动力降阶模型

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计算力学学报 2012年第1期29卷 19-24页

作者：窦怡彬徐敏 Christian Breitsamter 西北工业大学航天学院西安710072 慕尼黑工业大学空气动力学研究所慕尼黑85748

由正交Walsh函数构造Walsh-单信号-复合-输入,对其作用下的计算流体力学响应采用单信号-复合-输入/特征系统实现算法SCI/ERA(Single-Composite-Input/Eigensystem Realization Algorithm)辨识得到离散时间非定常气动力状态空间降阶模型... 详细信息

由正交Walsh函数构造Walsh-单信号-复合-输入,对其作用下的计算流体力学响应采用单信号-复合-输入/特征系统实现算法SCI/ERA(Single-Composite-Input/Eigensystem Realization Algorithm)辨识得到离散时间非定常气动力状态空间降阶模型。通过对Isogai机翼剖面气动弹性算例的计算证明该方法具有和非定常计算流体力学方法相当的精度同时模型维数降低2个数量级;在模型构造时间上,SCI/ERA方法比脉冲/ERA方法计算效率提高24%,同时内存占用减小34%;由理论分析可知当耦合结构模态数目增加时,SCI/ERA方法所需的计算开销增幅远小于脉冲/ERA方法;采用频域平衡特征正交分解BPOD(Balanced Proper Orthogonal Decomposition)方法可以准确地从降阶模型中提取出一个低频二次降阶模型,同时保持与原模型相当的精度。二次降阶后模型维数进一步减小88%。

关键词：降阶模型单信号-复合-输入/特征系统实现算法平衡特征正交分解二次降阶

基于CFD/CSD耦合的二维壁板颤振特性研究

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工程力学 2011年第6期28卷 176-181,188页

作者：窦怡彬徐敏蔡天星姚伟刚西北工业大学航天学院陕西西安710072

该文基于CFD/CSD(计算流体动力学/计算结构动力学)耦合方法,在时域内对二维壁板的颤振进行了分析。采用D’Alembert原理和有限元方法,建立了壁板在超声速流作用下的非线性动力学模型。采用Von Karman非线性应变位移关系来描述结构大变形... 详细信息

该文基于CFD/CSD(计算流体动力学/计算结构动力学)耦合方法,在时域内对二维壁板的颤振进行了分析。采用D’Alembert原理和有限元方法,建立了壁板在超声速流作用下的非线性动力学模型。采用Von Karman非线性应变位移关系来描述结构大变形,用Euler方程计算了非定常气动力。应用载荷参数空间插值传递方法,实现了气动网格和结构网格之间的数据传递。计算结果表明:颤振幅值和频率随着动压的增加而增加,同时最大速度位置从平衡位置向外移动;壁板波动引起流场激波膨胀波之间的交替转换是导致壁板颤振的主要原因。

关键词： CFD/CSD耦合壁板颤振 D'Alembert原理有限元方法非线性动力学模型数据传递

基于CFD/CSD耦合的超声速舵面动载荷计算

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工程力学 2011年第3期28卷 245-250页

作者：蔡天星徐敏姚伟刚窦怡彬西北工业大学航天学院陕西西安710072

该文分析了超声速气动控制舵面在瞬态气动载荷作用下的位移及应力的时域变化。采用基于Volterra级数的气动弹性系统降阶模型快速获得了舵面的颤振边界。通过CFD/CSD耦合计算,确定了舵面在颤振速度下的瞬态气动载荷,并利用参数空间下的... 详细信息

该文分析了超声速气动控制舵面在瞬态气动载荷作用下的位移及应力的时域变化。采用基于Volterra级数的气动弹性系统降阶模型快速获得了舵面的颤振边界。通过CFD/CSD耦合计算,确定了舵面在颤振速度下的瞬态气动载荷,并利用参数空间下的有限元四结点方法将每一时刻的气动载荷插值并施加到结构结点上,进行了瞬态响应分析,得到了舵面在瞬态载荷作用下的动应力。计算结果表明:由于气动载荷的变化以及结构快速振动引起的惯性力的作用,轴根部最大弯曲应力是定常气动载荷作用下应力的3倍左右。

关键词：气动弹性力学动载荷 CFD/CSD 降级模型颤振

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高超声速舵面颤振分析

工程力学 2009年第11期26卷 232-237页

作者：窦怡彬徐敏安效民姚伟刚西北工业大学航天学院陕西西安710072

使用分层求解技术进行了高超声速舵面的颤振分析。基于Volterra级数降阶模型构造非定常气动力状态空间模型;应用载荷参数空间插值传递方法实现气动网格和结构网格之间的数据传递;应用非耦合热-结构方法得到热结构有限元模型;结合非定常... 详细信息

使用分层求解技术进行了高超声速舵面的颤振分析。基于Volterra级数降阶模型构造非定常气动力状态空间模型;应用载荷参数空间插值传递方法实现气动网格和结构网格之间的数据传递;应用非耦合热-结构方法得到热结构有限元模型;结合非定常气动力模型构造气动弹性分析模型。最后应用该气动弹性模型,针对一个根部固支的高超声速舵面进行了颤振分析。计算结果表明受高超声速气动热载荷影响,根部固支舵面的一阶弯曲和扭转频率变化较大,从而导致临界颤振速度下降较多。

关键词：气动弹性降阶模型载荷传递热气动弹性高超声速颤振

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弹性变形对细长旋成体压心影响研究

应用力学学报 2015年第5期32卷 852-857,901页

作者：窦怡彬史晓鸣李海东上海航天技术研究院第八设计部上海201109

采用CFD/CSD耦合方法计算了纵向平面内细长旋成体的静气动弹性问题,研究了不同攻角下弹性变形对细长旋成体压心位置的影响规律。流场计算采用可压缩N-S方程求解,湍流模型采用可实现k-ε模型;采用自动支撑惯性释放方法计算了无约束细长... 详细信息

采用CFD/CSD耦合方法计算了纵向平面内细长旋成体的静气动弹性问题,研究了不同攻角下弹性变形对细长旋成体压心位置的影响规律。流场计算采用可压缩N-S方程求解,湍流模型采用可实现k-ε模型;采用自动支撑惯性释放方法计算了无约束细长旋成体的静气动弹性变形。算例结果表明:1随着攻角增大,静气动弹性变形呈现从一阶弯曲为主到一阶、二阶弯曲共存形式;2无论是刚体模型还是考虑静气动弹性变形的弹性体模型,其压心位置都随攻角增大而后移;3相同来流攻角下,静气动弹性变形使细长旋成体头部攻角增大,导致压心位置相对刚体模型靠前;4随着攻角增大,细长旋成体圆柱段上压力分布逐渐增加,弹性变形引起的头部压力增加对整体压心位置的影响逐渐减小,因此压心位置前移量逐渐减小。对于本文计算模型,弹性变形引起的压心位置改变量不超过弹身长度的1.55%。

关键词： CFD/CSD耦合细长旋成体静气动弹性压心惯性释放

时域CFD/CSD耦合方法能量精度分析及应用

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噪声与振动控制 2011年第6期31卷 62-68页

作者：窦怡彬徐敏西北工业大学航天学院西安710072

研究两类时域计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合方法:串行分区方法和并行分区方法。从耦合界面能量守恒的角度分析不同耦合方法对能量守恒误差的影响。在非同位方法和并行分区方法的基础上提出非同位并行分区方法。使用不同的耦... 详细信息

研究两类时域计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合方法:串行分区方法和并行分区方法。从耦合界面能量守恒的角度分析不同耦合方法对能量守恒误差的影响。在非同位方法和并行分区方法的基础上提出非同位并行分区方法。使用不同的耦合方法,对二维气动弹性算例Isogai Wing进行计算,结果表明减小耦合界面上的能量守恒误差可以有效的提高计算精度,效率高于紧耦合方法;非同位分区方法的能量守恒误差小于同位分区方法,并且可以使控制方程满足界面连续条件;非同位并行分区方法继承非同位分区方法和并行分区方法的全部优点,采用该方法计算颤振边界,和文献结果吻合。

关键词：振动与波气动弹性 CFD/CSD耦合方法串行分区方法并行分区方法

基于希尔伯特变换的舵机系统间隙参数辨识及试验方法

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振动与冲击 2020年第5期39卷 262-266页

作者：史晓鸣窦怡彬梅星磊许泉陶键上海机电工程研究所上海201109 上海航天控制技术研究所上海201109

针对舵机间隙参数辨识问题,设计了间隙可调的试验装置模拟舵机传动机构的间隙,以静载突卸方式使其产生自由振动,应用基于希尔伯特变换的自由振动分析方法得到双折线弹性力曲线并辨识间隙参数。并进一步应用于真实飞行器舵机间隙的辨识... 详细信息

针对舵机间隙参数辨识问题,设计了间隙可调的试验装置模拟舵机传动机构的间隙,以静载突卸方式使其产生自由振动,应用基于希尔伯特变换的自由振动分析方法得到双折线弹性力曲线并辨识间隙参数。并进一步应用于真实飞行器舵机间隙的辨识中。该试验方法获取的振动数据信噪比良好;辨识结果表明本文方法可更为准确的识别出舵机间隙参数,工程评估结果更为安全,对于小型舵机具有良好的适用性。

关键词：间隙希尔伯特变换舵机非线性系统辨识

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含氮酚醛微球阻燃有机硅橡胶及其作用机制

高分子材料科学与工程 2021年第11期37卷 53-61页

作者：董炜窦怡彬刘陆广任志毅许斌吴克德曹俊翔龙东辉华东理工大学化工学院上海200237 上海机电工程研究所上海201109

以三聚氰胺、间苯二酚和甲醛为原料,采用水热法制备出一种单分散的含氮酚醛微球,将其作为填料加入甲基苯基硅橡胶,研究了所制硅橡胶材料的拉伸性能、阻燃性能及高温稳定性。锥形量热仪与极限氧指数试验结果表明,含氮酚醛微球的加入能够... 详细信息

以三聚氰胺、间苯二酚和甲醛为原料,采用水热法制备出一种单分散的含氮酚醛微球,将其作为填料加入甲基苯基硅橡胶,研究了所制硅橡胶材料的拉伸性能、阻燃性能及高温稳定性。锥形量热仪与极限氧指数试验结果表明,含氮酚醛微球的加入能够显著提高硅橡胶的阻燃性,使热释放速率峰值从220kW/m^(2)降至125kW/m^(2),极限氧指数从21.11%升至28.83%,表现出含氮酚醛微球优异的阻燃功能。进一步通过热重-红外联用、热裂解-气质联用、形貌分析等表明,含氮酚醛微球通过在气相中释放三聚氰胺、氨气等气体,以及在固相中维持硅橡胶体积和形状的方式提高了硅橡胶的阻燃性。拉伸试验、高温炭化试验及扫描电镜分析表明,含氮酚醛微球与硅橡胶的相容性较好,能够显著将硅橡胶的拉伸强度从0.24MPa提升至0.74MPa,同时维持其断裂伸长率在110%左右,并能增加炭化后产品的结构完整性,在耐烧蚀硅橡胶防热涂层中具有一定的应用潜力。

关键词：阻燃三聚氰胺酚醛微球硅橡胶

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基于梯度孔隙率的楔形鼻锥相变发汗冷却研究

导弹与航天运载技术（中英文） 2024年第5期 81-91页

作者：刘逸飞刘陆广窦怡彬刘韬略贺菲中国科学技术大学合肥230026 上海机电工程研究所上海201109

为提高飞行器鼻锥驻点处的发汗冷却效率,提出了一个孔隙率呈梯度分布的楔形多孔鼻锥,在不同冷却剂注入率下,在亚声速条件下对相变发汗冷却进行了试验与数值研究。结果表明,梯度孔隙率的设置可以有效提高驻点处的冷却效率和多孔表面的整... 详细信息

为提高飞行器鼻锥驻点处的发汗冷却效率,提出了一个孔隙率呈梯度分布的楔形多孔鼻锥,在不同冷却剂注入率下,在亚声速条件下对相变发汗冷却进行了试验与数值研究。结果表明,梯度孔隙率的设置可以有效提高驻点处的冷却效率和多孔表面的整体温度均匀度。冷却剂注入率M=0.125%时,驻点处冷却效率提高了52.4%,整体冷却效率提高了31.7%。数值结果表明,梯度孔隙率通过使多孔内最大压力值从驻点后移来提高前缘处的冷却剂流量,改善冷却剂的流动分布,冷却剂注入率为M=0.150%时,驻点处冷却剂流量提高了76%。此外,冷却剂流出多孔结构后在外表面形成的气膜分布更为均匀。

关键词：主动热防护发汗冷却多孔介质液气相变梯度孔隙率

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