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脉冲爆震驱动下涡轮流场的非定常特征研究

航空动力学报 2024年

作者：刘俊余王治武李俊林张子旭西北工业大学动力与能源学院西北工业大学深圳研究院

为了揭示脉冲爆震的非定常性对涡轮流场的影响，建立了GE-E3两级高压涡轮的三维数值模型，以研究爆震驱动下涡轮的流场特征。对50%叶高处的基元级流动进行分析，对动叶表面的分离流动以及叶顶间隙的泄漏流动进行了研究。结果表明：前导... 详细信息

为了揭示脉冲爆震的非定常性对涡轮流场的影响，建立了GE-E3两级高压涡轮的三维数值模型，以研究爆震驱动下涡轮的流场特征。对50%叶高处的基元级流动进行分析，对动叶表面的分离流动以及叶顶间隙的泄漏流动进行了研究。结果表明：前导激波驱动燃气以超声速流过涡轮流道，导致燃气在叶栅斜切口出现了明显的超声速斜切口膨胀以及叶栅外的自由膨胀。前导激波与叶片相互作用会造成气流攻角的大幅变化，并产生多处局部逆压梯度，导致叶片表面出现严重的流动分离。此外，前导激波作用于动叶会增大叶顶间隙两侧的压差，使得间隙泄漏流量急剧增大，这增强了泄漏流与主流的剪切和掺混，导致主流区出现明显的熵增。

关键词：脉冲爆震涡轮发动机轴流涡轮基元级流动分离流动叶顶泄漏流动

基于落角和时间约束的巡飞弹末端协同打击策略

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 386-395页

作者：赵军民王荣刚李新国张栋西安现代控制技术研究所陕西西安710065 西北工业大学航天学院陕西西安710072

为解决集群巡飞弹末制导阶段协同定向打击问题,提出了一种具有落角约束的巡飞弹末端协同打击策略。基于小偏差方法,推导了一种具有落角约束的偏置比例制导律,以解决纵向平面定向打击问题。结合所提制导方案,推导了综合考虑比例控制项和... 详细信息

为解决集群巡飞弹末制导阶段协同定向打击问题,提出了一种具有落角约束的巡飞弹末端协同打击策略。基于小偏差方法,推导了一种具有落角约束的偏置比例制导律,以解决纵向平面定向打击问题。结合所提制导方案,推导了综合考虑比例控制项和角度控制项剩余时间估计方法。在侧向平面内,设计了一种具有时变系数且不存在除零奇异问题的时间控制偏置项,以解决时间控制问题。此外,以剩余时间为协调变量,利用双层协同架构来解决多枚巡飞弹协同定向打击问题。仿真结果验证了该协同制导策略良好的落角控制和协同打击性能。

关键词：协同打击末制导时间约束落角约束

Harmony SE在民用飞机设计中的应用

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西北工业大学学报 2024年第1期42卷 35-44页

作者：刘晚移冯蕴雯侯杰然陈俊宇郭英男西北工业大学航空学院陕西西安710072 北京宇航系统工程研究所北京100076

随着民用飞机技术精细化和产品复杂性的提高,民用飞机设计已从传统的基于文档的系统工程转变为基于模型的系统工程,系统表达也从以文档为中心转变为以模型为中心。为进一步提高民用飞机设计中系统建模的模型质量与正确性,进而缩短设计... 详细信息

随着民用飞机技术精细化和产品复杂性的提高,民用飞机设计已从传统的基于文档的系统工程转变为基于模型的系统工程,系统表达也从以文档为中心转变为以模型为中心。为进一步提高民用飞机设计中系统建模的模型质量与正确性,进而缩短设计的开发周期与成本,探究以模型驱动及验证为主导的系统工程方法在民用飞机设计领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程框架,用以支持民用飞机的可靠设计与高效交付。以Harmony SE建模方法为切入点,介绍其工作流程和建模思想;分析民用飞机在系统工程实践中出现的突出问题,说明Harmony SE方法在民用飞机系统工程领域的适用性,建立民用飞机设计的系统工程实践体系;以油箱增压组件为研究对象,应用实践体系开展组件级系统工程实践。结果表明,文中所提出的民用飞机设计系统工程体系和方法能够正确合理地分配设计需求并建立完整的系统模型,有助于提升现阶段民用飞机设计的效率与准确性。

关键词：基于模型的系统工程 Harmony SE 民用飞机架构模型油箱增压组件

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基于表面无粘流动特征的摩阻分布机器学习

力学学报 2024年

作者：赵书乐张伟伟西北工业大学流体力学智能化国际联合研究所西北工业大学航空学院

摩擦阻力的精准高效预示对飞行器设计至关重要。然而摩阻分布的计算不仅代价大，且对网格密度、湍流模式和数值算法的依赖性强，而试验测量更具挑战性。为此，本文提出了一种数据驱动的高泛化性摩阻分布机器学习建模方法。该方法在Eule... 详细信息

摩擦阻力的精准高效预示对飞行器设计至关重要。然而摩阻分布的计算不仅代价大，且对网格密度、湍流模式和数值算法的依赖性强，而试验测量更具挑战性。为此，本文提出了一种数据驱动的高泛化性摩阻分布机器学习建模方法。该方法在Euler方程数值解的基础上，结合RANS计算的少量摩阻分布数据样本，构建了表面无粘流动特征与摩阻分布的关联关系模型，从而实现摩阻的预测。由于该建模方法嵌入Euler方程这一物理模型，使得在很少的样本下就能保证模型的高泛化性和高精度；另一方面，相比于RANS数值计算，由于只用求解Euler方程，计算量降低约一个量级。研究通过典型翼型和机翼的测试算例来展示该方法对于气动设计中变外形气动力的预测效果。相比于端到端的分布力深度学习建模，该方法在减少5倍样本量的情况下仍能取得很高的建模精度（阻力误差约2～3%），且对于工况、外形变化具有较强的外插预测能力，结果的分散度低。该研究为附着流机翼的摩阻分布预测和机翼优化设计提供了一种新的高效研究手段。

关键词：摩擦阻力边界层机器学习数据驱动关联建模

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旋流器气量分配对全环燃烧室排放的影响

航空动力学报 2024年第1期39卷 12-18页

作者：王志凯龚卡罗莲军张险陈盛范玮中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 西北工业大学动力与能源学院西安710129

为研究一、二级旋流器气量分配对燃烧室排放性能的影响,在总气量恒定条件下,针对配装气量比分别为0.85和1.1两种方案双级轴向旋流器的全环燃烧室开展了地面慢车、空中慢车和起飞状态下的排放试验。结果表明:气量比从0.85增加到1.1,空中... 详细信息

为研究一、二级旋流器气量分配对燃烧室排放性能的影响,在总气量恒定条件下,针对配装气量比分别为0.85和1.1两种方案双级轴向旋流器的全环燃烧室开展了地面慢车、空中慢车和起飞状态下的排放试验。结果表明:气量比从0.85增加到1.1,空中慢车和起飞状态氮氧化物(NOx)排放分别降低33%~52%和14%~38%,地面慢车状态CO和未燃碳氢(UHC)排放分别降低23%~49%和32%~36%。地面慢车状态两方案旋流器对应的NOx排放差异不大,且排放值均较低。CO和UHC排放主要集中在地面慢车状态,随着状态增大,CO和UHC排放量逐渐降低,且空中慢车和起飞状态对应的CO和UHC排放量差异不大。在本文试验范围内,全环燃烧室CO排放指数随着NOx排放指数的增加呈现幂函数下降,随着UHC排放指数的增加呈现对数上升。

关键词：燃烧室双级旋流器气量分配排放性能试验

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基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理

西北工业大学学报 2024年第3期42卷 521-530页

作者：冯蕴雯陈俊宇侯杰然路成刘晚移西北工业大学航空学院陕西西安710072 北京宇航系统工程研究所北京100076

弹箭产品的多视图物料清单XBOM(X bill of material)是多利益攸关方从不同寿命阶段的结构组成、数据信息以及交互流程等角度对弹箭产品的全方位基础支持文件。对弹箭产品XBOM数据进行管理,统筹管控全寿命周期内的数据,可消除不同寿命阶... 详细信息

弹箭产品的多视图物料清单XBOM(X bill of material)是多利益攸关方从不同寿命阶段的结构组成、数据信息以及交互流程等角度对弹箭产品的全方位基础支持文件。对弹箭产品XBOM数据进行管理,统筹管控全寿命周期内的数据,可消除不同寿命阶段相关方、业务及数据间的交互脱节及单向传递,为弹箭产品实现全数字模型供应提供有效数据源支持。为满足面向弹箭产品XBOM数据的有机集成及多方协同需求,提出了基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理体系和方法。通过剖析数字主线框架,提出并建立了基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理体系。以“数据-交互-建模-应用”的体系层次为指导,提出了基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理方法,包含数据组织、数据关联关系分析、数据建模及数据应用。以某型运载火箭结构系统为对象,开发基于数字主线的弹箭产品XBOM数据管理体系并进行了应用验证。文中所提出体系和方法为实现弹箭产品XBOM数据管控、集成及共享提供具体指导,有利于促进我国弹箭产品全寿命周期数据管理系统的发展。

关键词：数字主线物料清单数据管理弹箭产品数据模型

基于态基近场动力学的碳化硅陶瓷圆柱壳体断裂损伤分析

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力学学报 2024年第4期56卷 991-1005页

作者：蒋雷雷沈克纯潘光黄毅华西北工业大学航海学院西安710072 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有优异的力学性能,广泛应用于各种工程部件中.然而,陶瓷是脆性材料,当发生脆断时会造成巨大的危害.因此对其断裂行为的准确预测显得极为重要.为了研究SiC陶瓷壳体在外载荷作用下的断裂损伤机理,首先通过准静态拉... 详细信息

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有优异的力学性能,广泛应用于各种工程部件中.然而,陶瓷是脆性材料,当发生脆断时会造成巨大的危害.因此对其断裂行为的准确预测显得极为重要.为了研究SiC陶瓷壳体在外载荷作用下的断裂损伤机理,首先通过准静态拉伸和压缩实验获得SiC陶瓷的临界能量释放率,建立了适用于拉伸和压缩损伤分析的常规态基近场动力学模型.然后,采用Fortran语言编程实现了陶瓷壳体在线性递增外载荷作用下断裂损伤行为的数值仿真,并将所获得的仿真值与理论预测值进行对比,验证了所建模型的准确性.最后,对仿真结果进行详细分析,揭示了壳体结构的损伤扩展演化规律.仿真结果表明:初始损伤区源于壳体内壁面的压缩断裂,且沿环向呈90°均匀分布.随着载荷的逐渐增加,壳体外壁面出现拉伸断裂损伤区,内外壁面的损伤区先沿着周向扩展,再向着壳体中面缓慢延伸,并在厚度方向贯穿整个壳体.随后,在壳体轴线方向出现拉-压损伤混合区,该损伤区沿着轴向扩展,最终将壳体分成4个断裂区.所建模型能够有效地描述复杂载荷作用下SiC陶瓷结构的断裂损伤演化过程,同时弥补了态基近场动力学在断裂分析方面的不足.

关键词：态基近场动力学理论陶瓷圆柱壳体断裂损伤临界能量释放率

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基于自回归模型的RBCC隔离段激波串位置识别与压力值预估

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推进技术 2024年

作者：马文蕙何国强王亚军王鹏飞秦飞张铎朱韶华党文娟西安长峰机电研究所西北工业大学航天学院

为了清楚客观地判断火箭基组合循环发动机（Rocket-based combined-cycle，RBCC）隔离段激波串位置，将Ma = 6，Ma = 4以及Ma = 3.5工况下直连试验中实测得到的RBCC隔离段测压点压力数据按照时间的先后顺序排列形成一时间序列，建立自... 详细信息

为了清楚客观地判断火箭基组合循环发动机（Rocket-based combined-cycle，RBCC）隔离段激波串位置，将Ma = 6，Ma = 4以及Ma = 3.5工况下直连试验中实测得到的RBCC隔离段测压点压力数据按照时间的先后顺序排列形成一时间序列，建立自回归（Auto-Regressive， AR）模型并计算赤池信息准则（Akaike information criterion， AIC）值，完成了不同工况下激波串前缘位置的识别。研究表明：当隔离段测压点没有受到激波串影响时，实时压力值仅存在微弱波动，模型AIC值变化较为平稳；当激波串运动至测压点处时，该点压力升高，振荡幅度明显增加，AIC值随之瞬时增大。取同一时间段内发动机沿程测压点中首个AIC值增加500以上，并在不改变工况的情况下始终保持较大值的测点位置为激波串前缘位置。与压比法相比，时间序列分析法能敏感监测到实时压力值的升高和振荡，激波串前缘位置识别更为准确。通过建立自回归模型还可以实现激波串内部压力值预估，记录连续160 ms内Ma = 6，Ma = 4，Ma = 3.5工况下测压点压力数据，采样频率1 kHz，使用前80 ms数据建立自回归模型，完成后80 ms压力值预估及准确性检验，得到三个工况下预估平均误差分别为3.21%，7.68%，6.49%。

关键词：火箭基组合循环发动机激波串自回归模型赤池信息准则时间序列

单原子催化剂在电催化CO_(2)还原中的应用进展

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物理化学学报 2024年第4期40卷 68-88页

作者：冯雪婷商孜昂秦荣韩云虎西北工业大学柔性电子研究院宁波研究院西安710072

电催化CO_(2)还原(ECR)是减少碳排放和促进碳循环的理想方法之一。单原子催化剂(SACs)由于其最大的原子利用率、优异的活性和选择性,已成为多相催化领域的前沿之一进以得到广泛应用。鉴于SACs在ECR领域的探索和应用,本文综述了基于SACs... 详细信息

电催化CO_(2)还原(ECR)是减少碳排放和促进碳循环的理想方法之一。单原子催化剂(SACs)由于其最大的原子利用率、优异的活性和选择性,已成为多相催化领域的前沿之一进以得到广泛应用。鉴于SACs在ECR领域的探索和应用,本文综述了基于SACs在ECR中应用的研究进展,并提出了SACs在ECR中应用的挑战和前景。具体介绍:(1)介绍了ECR的反应机理,(2)SACs的常用制备策略,(3)SACs在新型Zn-CO_(2)电池中的应用。最后,提出了SACs在ECR中所面临的挑战和机遇。

关键词：单原子催化剂电还原CO_(2) 反应机制性能优化 Zn-CO_(2)电池