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大型客机机体噪声机理及控制技术

实验流体力学 2024年第3期38卷 63-78页

作者：王尚陈斌年陈国勇杨小权翁培奋上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学力学与工程科学学院上海200072

气动噪声问题不仅是大型客机适航取证的关键技术难题,更是关系到乘客舒适度的重要技术指标。增升装置噪声和起落架噪声是大型客机机体噪声的主要来源。本文针对我国大型客机研制中增升装置噪声和起落架噪声的产生机理及控制关键科学问题... 详细信息

气动噪声问题不仅是大型客机适航取证的关键技术难题,更是关系到乘客舒适度的重要技术指标。增升装置噪声和起落架噪声是大型客机机体噪声的主要来源。本文针对我国大型客机研制中增升装置噪声和起落架噪声的产生机理及控制关键科学问题,开展噪声源、远场声辐射精细化数值模拟。针对噪声产生机理,发展了近壁面边界涡量流、拟涡能流等涡动力学过程与涡声理论相结合的噪声源分析方法;针对机体噪声控制难题,提出了缝翼凹腔小尺度波纹噪声控制方法和起落架支杆大尺度波纹噪声控制方法。数值模拟结果表明:缝翼凹腔是增升装置的重要噪声源之一;中低频噪声和纯音峰值主要来自缝翼凹腔和主翼前缘,后缘襟翼对噪声的贡献相对较小;起落架尾迹区域和轮胎空腔区域存在大量、复杂的大尺度湍流涡结构,是起落架的主要噪声源,起落架各部件噪声特性基本呈现宽频特性,支柱部件辐射噪声最大,轮胎次之,中间的连轴部件和扭杆部件辐射噪声相对较小;缝翼凹腔波纹噪声控制方法兼具减阻和降噪功效;起落架大尺度波纹噪声控制方法能有效降低远场辐射噪声。本文研究内容可为增升装置气动与噪声一体化设计、起落架降噪设计等提供技术支撑。

关键词：机体噪声增升装置起落架噪声机理噪声控制

展向流动分量对地面效应条件下组合翼气动特性的影响初探

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工程力学 2024年

作者：张思博陈红勋代钦上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所

以地面效应条件下组合翼（compound wing）气动特性的风洞实验和翼尖涡PIV速度场的拖曳水槽实验结果为依据，总结了组合翼与平直翼升力和阻力差异的基本规律，并在分析翼尖涡流场演化特征的基础上，着重从展向机翼流动的观点初步探讨了... 详细信息

以地面效应条件下组合翼（compound wing）气动特性的风洞实验和翼尖涡PIV速度场的拖曳水槽实验结果为依据，总结了组合翼与平直翼升力和阻力差异的基本规律，并在分析翼尖涡流场演化特征的基础上，着重从展向机翼流动的观点初步探讨了气动力变化的机理。实验所采用的组合翼由中段平直翼和两侧外段带下反角的矩形翼组成。通常在自由空间中飞行时，下反角使机翼的横侧稳定性降低，滚转敏捷性提高，对机翼的气动性能影响并不大，但本实验结果表明，在地面效应条件下，下反角使机翼的升力和阻力均发生改变。越靠近地面，下反角大的组合翼升力增加的效果越明显，而PIV速度场测量的结果显示，组合翼的下反角结构能够抑制翼尖涡的生成和发展，有利于减小机翼的诱导阻力。此外，在特定工况下还发现翼尖涡流场中伴随有二次涡生成，诱导并耗散翼尖涡强度，从而削弱下洗运动，可进一步降低机翼的诱导阻力。

关键词：机翼地面效应组合翼下反角气动力翼尖涡

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不同形状液滴撞击固壁的动力学特性研究

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第10期54卷 68-78页

作者：李阳庄启亮王伯福上海市应用数学和力学研究所上海市能源工程力学重点实验室上海大学力学与工程科学学院上海200444

液滴撞击壁面广泛存在于喷墨打印、喷涂、叶轮机械等工业应用中,相关研究具有重要的科学和应用价值.本文采用数值模拟方法研究了不同形状液滴撞击亲水/超疏水壁面的动力学特性.研究表明,液滴撞击亲水壁面时,不同的初始形状条件下液滴撞... 详细信息

液滴撞击壁面广泛存在于喷墨打印、喷涂、叶轮机械等工业应用中,相关研究具有重要的科学和应用价值.本文采用数值模拟方法研究了不同形状液滴撞击亲水/超疏水壁面的动力学特性.研究表明,液滴撞击亲水壁面时,不同的初始形状条件下液滴撞击后都经历了铺展过程,形状的不同致使在壁面上的液滴边缘处形成的颈部射流形状有所差异,铺展过程后半阶段与初始形状无关.液滴撞击超疏水壁面时,不同初始形状和不同韦伯数(We)情况下,液滴在冲击过程中都经历铺展-回缩-反弹的形态变化;液滴对壁面形成的冲击力演化均有两个明显的峰值,这两个峰值分别由液滴的惯性冲击和液滴回缩阶段中形成的沃辛顿射流产生;不同韦伯数(We)情况下,相同形状的液滴冲击力演化规律一致;相同韦伯数(We)情况下,液滴形状越扁平,惯性冲击力峰值也越大,且达到峰值的时间越短.

关键词：液滴撞击壁面形状动力学

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多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

空气动力学学报 2024年第1期42卷 45-54,I0001页

作者：赵泽灏张金龙董宇红上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海市能源工程力学重点实验室上海飞行器力学与控制研究院上海200072

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层... 详细信息

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型、局部非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型、理想金属(ideal metal foams,IMF)模型计算温度分布。通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性。研究表明:LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正。

关键词：传热多孔介质壁面槽道湍流直接数值模拟局部热平衡模型

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表面涂层半球全发射率的非接触测量探索

实验力学 2024年第1期39卷 27-33页

作者：叶成炯董学金邵红亮李晓东张东升上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200444 上海卫星装备研究所上海200240

涂层表面发射率是飞行器表面涂层性能的关键指标之一。本文针对现有测量方法的局限性,建立了非接触测量半球全发射率的数学模型,应用红外相机作为探测器,开发了涂层发射率的非接触测量装置,该装置可实现原位、实时的测量;通过实验分析... 详细信息

涂层表面发射率是飞行器表面涂层性能的关键指标之一。本文针对现有测量方法的局限性,建立了非接触测量半球全发射率的数学模型,应用红外相机作为探测器,开发了涂层发射率的非接触测量装置,该装置可实现原位、实时的测量;通过实验分析了影响测量结果的多个因素,利用搭建的非接触测量装置对多种涂层试样进行了标定和检测,并将测试结果与某型辐射率仪的测量结果进行比较,半球全发射率最大相对误差百分数小于4.1%,验证了该测量方法的有效性。

关键词：非接触红外相机半球全发射率涂层

液压成形对液体火箭发动机多层增强S型波纹管结构疲劳寿命的影响

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火箭推进 2024年第1期50卷 113-126页

作者：张涵张东升朱卫平上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200072

完善液体火箭发动机燃气摇摆装置中增强S型波纹管组件的疲劳寿命评估方法,提高其疲劳寿命预测精度,是发展可重复使用液体火箭发动机的重要课题之一。针对多层增强S型波纹管,为了计算其液压成形后的实际寿命数据,了解成形工艺对其疲劳寿... 详细信息

完善液体火箭发动机燃气摇摆装置中增强S型波纹管组件的疲劳寿命评估方法,提高其疲劳寿命预测精度,是发展可重复使用液体火箭发动机的重要课题之一。针对多层增强S型波纹管,为了计算其液压成形后的实际寿命数据,了解成形工艺对其疲劳寿命的影响,提出一种充分考虑成形制备过程对结构不同区域几何构型和材料力学性能造成差异化影响后的波纹管疲劳寿命分析方法。该方法基于成形仿真和材料拉伸试验结果,构建实际波纹管有限元模型并进行三维仿真分析,得到其在高内压和不同摆动工况下结构危险点的循环载荷信息,并根据波纹管结构的低周疲劳失效特点采用子午向应力应变数据,以及经过平均应力应变修正的Manson-Coffin(M-C)公式对波纹管的循环寿命进行估算和对比分析。结果表明:波纹管疲劳寿命薄弱点位置和大小均与循环摆角有关;在预测计算中考虑液压成形作用影响更接近实际场景,所得结构疲劳寿命大小和所在区域均与理论模型值存在差异,在结构设计、优化和健康监测中不应忽视其影响。

关键词：重复使用液体火箭发动机增强S型波纹管疲劳寿命液压成形

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绝热逆向阴燃波的热扩散不稳定性

上海大学学报（自然科学版） 2024年第2期30卷 332-340页

作者：毛逸杰卢占斌上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200072

通过数值方法研究在绝热条件下逆向阴燃的热扩散不稳定性以及失稳后的非线性发展过程.通过正则模态分析方法研究绝热逆向阴燃的线性稳定性,得到以氧气Lewis数和气体流量Mg表征的线性稳定性图谱.结果表明,绝热逆向阴燃随控制参数的变化... 详细信息

通过数值方法研究在绝热条件下逆向阴燃的热扩散不稳定性以及失稳后的非线性发展过程.通过正则模态分析方法研究绝热逆向阴燃的线性稳定性,得到以氧气Lewis数和气体流量Mg表征的线性稳定性图谱.结果表明,绝热逆向阴燃随控制参数的变化存在两种不同特征的不稳定性,即元胞(或指状)不稳定性和行波不稳定性,对阴燃波二维非线性失稳过程的模拟印证了这一线性稳定性分析结果.

关键词：逆向阴燃氧气Lewis数元胞不稳定性行波不稳定性

3种不同机翼构型的地效翼气动特性优化实验研究

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空军工程大学学报 2024年第5期25卷 60-68页

作者：邓博闻代钦上海大学力学与工程科学学院上海200072 上海市应用数学和力学研究所上海200072

机翼的几何构型是影响地效飞行器空气动力学特性的重要参数,为改善地效飞行器升力、阻力特性,采用拖曳水槽实验测量了下反前掠翼和具有仿生凹凸前缘下反前掠翼的升力、阻力特性和尾流速度场,并在分析翼尖涡流场结构的基础上从展向流动... 详细信息

机翼的几何构型是影响地效飞行器空气动力学特性的重要参数,为改善地效飞行器升力、阻力特性,采用拖曳水槽实验测量了下反前掠翼和具有仿生凹凸前缘下反前掠翼的升力、阻力特性和尾流速度场,并在分析翼尖涡流场结构的基础上从展向流动的角度讨论了机翼升力阻力变化的机理。结果表明,在地效区内,下反前掠结构可以有效改善机翼绕流特性,抑制翼尖涡的形成和发展、增大了涡心距,起到增升减阻的效果,并且机翼越靠近地面,增升减阻的效果越明显。在此基础上,凹凸前缘可以进一步优化机翼绕流特性,降低翼尖涡强度,使诱导阻力减小。在小间隙比、小攻角工况中,带凹凸前缘的下反前掠结构的仿生翼具备最优的航行经济性。上述研究可为改善地效翼的飞行性能并促进地效翼设计理论的发展提供参考。

关键词：地面效应平直翼下反前掠翼仿生翼升力和阻力 PIV实验

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二维材料层间切向熵力的连续介质模型

上海大学学报（自然科学版） 2024年第5期30卷 838-846页

作者：朱芳艳江进武张田忠上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072

层间相互作用对二维材料的界面力学行为影响显著,特别是在力热耦合环境下,二维材料搭接结构中存在层间切向熵力,可用于构筑新型纳米机械器件.基于薄板振动理论,并结合能量均分定理,构建了描述二维材料层间切向熵力的连续介质模型.该模... 详细信息

层间相互作用对二维材料的界面力学行为影响显著,特别是在力热耦合环境下,二维材料搭接结构中存在层间切向熵力,可用于构筑新型纳米机械器件.基于薄板振动理论,并结合能量均分定理,构建了描述二维材料层间切向熵力的连续介质模型.该模型揭示了不同条件下由热振动梯度引起的切向熵力之间的内在联系,为研究二维材料层间切向熵力提供了新的视角,也为纳米器件的设计提供了理论支撑.

关键词：二维材料力热耦合切向熵力连续介质模型