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基于卷积时序网络的防冰翼面瞬态温度场预测

空气动力学学报 2025年

作者：陈志勇杨先凤陈宁立易贤彭博西南石油大学计算机与软件学院中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室空气动力学国家重点实验室

电加热防冰是防止飞机机翼结冰的关键技术之一，快速准确预测防冰翼面瞬态温度场对电加热系统的优化设计具有重要意义。为实现对防冰翼面瞬态温度场的快速预测，缩短电热防冰系统优化设计周期，提出了一种结合本征正交分解（proper orth... 详细信息

电加热防冰是防止飞机机翼结冰的关键技术之一，快速准确预测防冰翼面瞬态温度场对电加热系统的优化设计具有重要意义。为实现对防冰翼面瞬态温度场的快速预测，缩短电热防冰系统优化设计周期，提出了一种结合本征正交分解（proper orthogonal decomposition, POD）和卷积时序网络（convolutional temporal network, CTN）的预测方法。该方法首先利用POD对温度数据做降维处理，随后以工作条件参数作为输入，使用降维后的模态时间系数作为输出，构建了基于一维卷积和时间卷积的卷积时序网络，并且引入多头注意力（multi-head attention, MHA）机制突出关键特征，最后使用样本准确率（SA）来评估模型对瞬态温度场预测的准确性。此外，为探究模型超参数对预测性能的影响，设置消融实验验证了提出的网络结构的有效性。结果表明，所提出的网络模型对防冰翼面瞬态温度场的预测具有较高的准确性，在测试集上的预测精度达94.4%。

关键词：温度场预测机翼本征正交分解卷积神经网络时间卷积网络

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大型飞机全尺寸多段翼结冰特性计算和试验

航空学报 2025年

作者：易贤任靖豪赖庆仁刘宇王强中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室

采用数值模拟和大型结冰风洞试验相结合的方法，开展了典型大飞机全尺寸三段翼的结冰特性研究。基于结冰数值计算软件NNW-ICE发展了适合于多段翼结冰模拟的计算方法，包括液滴收集计算的高效拉格朗日算法、考虑液膜非定常流动特性的结... 详细信息

采用数值模拟和大型结冰风洞试验相结合的方法，开展了典型大飞机全尺寸三段翼的结冰特性研究。基于结冰数值计算软件NNW-ICE发展了适合于多段翼结冰模拟的计算方法，包括液滴收集计算的高效拉格朗日算法、考虑液膜非定常流动特性的结冰相变计算方法、适合于多时间步结冰计算的结冰界面和网格重构方法。在此基础上，采用NNWICE进行了典型状态下三段翼结冰计算，并在中国空气动力研究与发展中心的3m×2m大型结冰风洞开展了该翼型的全尺寸试验，重点分析了缝翼背面的结冰特性。结果表明，除了缝翼和主翼的迎风面前缘，以及襟翼的下翼面有结冰，缝翼背面也会结冰。研究首次发现了缝翼背面冰形会表现出独特的双冰脊形态，并通过计算分析，揭示双冰脊现象形成的原因。相关结果和发现可以为飞机增升装置和防除冰设计提供参考。

关键词：多段翼结冰模拟结冰风洞试验水收集特性冰形

基于PXI总线的某高超声速风洞测量系统研制

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计算机测量与控制 2025年

作者：贾霜蒲麒陈涌吴鑫中国空气动力研究与发展中心高速所

为了解决某高超声速风洞测量系统设备老化、数据采集通道性能严重下降以及信号线路转接环节较多的问题，开展了新测量系统研制工作。构建了基于PXI总线的新测量系统，选用高精度的信号调理系统和多类型数据采集卡，软件采用模块化、多... 详细信息

为了解决某高超声速风洞测量系统设备老化、数据采集通道性能严重下降以及信号线路转接环节较多的问题，开展了新测量系统研制工作。构建了基于PXI总线的新测量系统，选用高精度的信号调理系统和多类型数据采集卡，软件采用模块化、多线程设计模式，集成测力、测压和测热试验于一体，可实现多种试验类型的灵活配置。经试验测试，测量系统的误差限优于0.03%，风洞速度场、温度场和标准模型试验结果满足国标要求，新的测量系统稳定性好，可靠性高，数据采集精准度高，可以满足先进飞行器测试需要。

关键词：高超声速风洞测量系统 PXI 信号调理系统

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再入钝锥体烧蚀热防护内部热响应的数值仿真

航空动力学报 2013年第10期28卷 2248-2255页

作者：张涛陈德江中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力学研究所四川绵阳621000

研究了烧蚀热防护系统内部热响应的计算模型和计算方法.采用碳化层-热解面-原始材料层模型,建立碳基材料内部热响应物理模型和数学模型,利用有限元法分析和计算再入目标热防护系统轴对称内部热响应.着重研究和分析了轴对称烧蚀过程中热... 详细信息

研究了烧蚀热防护系统内部热响应的计算模型和计算方法.采用碳化层-热解面-原始材料层模型,建立碳基材料内部热响应物理模型和数学模型,利用有限元法分析和计算再入目标热防护系统轴对称内部热响应.着重研究和分析了轴对称烧蚀过程中热解气体质量流率计算方法和传热机制.将热解气体与碳化层之间的对流换热处理为源项,通过保证刚度矩阵和形函数矩阵的正定对称性可以加速温度场计算收敛.计算表明:热解气体的质量流量主要由厚度方向构成,占80%以上;头部驻点附近最大烧蚀厚度接近10mm,需要采用抗烧蚀能力强的碳-碳材料,身部烧蚀量小于2mm,可以采用密度较小的碳-酚醛材料.

关键词：再入烧蚀热防护内部热响应热解反应有限元法

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激波边界层的相互作用对扰动波传播的影响

空气动力学学报 2006年第1期24卷 22-27页

作者：袁湘江涂国华张涵信沈清中国空气动力研究与发展中心北京空气动力学研究所北京100070

利用线性稳定性理论和直接数值模拟研究了带有入射斜激波的、来流马赫数Ma=4.5条件下的平板边界层的失稳特性。重点考察了在由于激波边界层相互干扰,平板边界层上形成分离区,又进而产生激波、膨胀波和旋涡等复杂流动现象的流场上游,引... 详细信息

利用线性稳定性理论和直接数值模拟研究了带有入射斜激波的、来流马赫数Ma=4.5条件下的平板边界层的失稳特性。重点考察了在由于激波边界层相互干扰,平板边界层上形成分离区,又进而产生激波、膨胀波和旋涡等复杂流动现象的流场上游,引入小扰动的TS波后,扰动波传播通过带有这些复杂流动现象的流场时,扰动波的发展变化特点。通过对流场中扰动波(包括基本波和衍生波)演化特征的分析,研究分离和激波等复杂流动现象对平板边界层稳定性的影响特点。数值模拟发现,激波的出现不同于一般的压缩波,在亚声速区与超声速区对扰动波演化的影响是不同的,此外,分离对扰动有稳定作用。

关键词：激波与边界层相互干扰线性稳定性理论直接数值模拟

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喉道对压气机超声叶栅流态及性能的影响

航空学报 2017年第3期38卷 115-126页

作者：江雄邱名范召林中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所绵阳621000

为更深入认识超声叶栅流动机理,以ARL-SL19、CM-1.2和SM-1.5叶栅为研究对象,采用数值模拟和理论分析相结合的方式开展喉道对超声叶栅激波结构和性能影响的研究。研究结果表明:超声叶栅存在两种稳定工作状态,起动状态和溢流状态;在来流... 详细信息

为更深入认识超声叶栅流动机理,以ARL-SL19、CM-1.2和SM-1.5叶栅为研究对象,采用数值模拟和理论分析相结合的方式开展喉道对超声叶栅激波结构和性能影响的研究。研究结果表明:超声叶栅存在两种稳定工作状态,起动状态和溢流状态;在来流马赫数较高时,叶栅只工作于起动状态;在来流马赫数较低时,叶栅只工作于溢流状态;存在一个马赫数区间,叶栅的工作状态由前一个状态决定;对于低马赫数C形超声叶栅,高压比下气动喉道起决定因素;对于高马赫数S形超声叶栅,真实喉道起决定因素;若为气动喉道导致溢流,溢流实现更大的裕度和更低的损失,进口马赫数和气流角会受压比影响;若为真实喉道引进的溢流,溢流会降低裕度并增加损失,叶栅保持唯一进气角流动,但进口气流角和马赫数与起动状态不同。

关键词：超声叶栅叶栅喉道起动状态溢流状态激波结构唯一进气角

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翼型动态风洞试验洞壁效应研究

工程力学 2019年第8期36卷 235-247页

作者：李国强张卫国黄霞王勋年空气动力学国家重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力学研究所绵阳621000

翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和... 详细信息

翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和静压分布更不均匀,动态试验翼型在相同迎角下的洞壁干扰更严重,表现为翼型在大迎角段,洞壁干扰导致模型中间截面附近和端部截面附近的速度分布和压力分布差异更明显,且相比于压力面,吸力面流动的二维性变得较差。侧壁干扰抑制了翼型中间截面附近的流向分离,诱导了端部附近的展向分离流。上洞壁和下洞壁的非定常压力系数随翼型实时迎角变化也呈迟滞环曲线,迟滞环方向相反,且脉动一阶主频率与翼型俯仰振荡频率一致。风洞洞壁干扰下,翼型动态失速三维涡结构呈“Ω”型。风洞上下壁干扰使得翼型线性段的升力系数和升力线斜率均增加,诱导翼型提前失速;在负行程,则使得翼型升力系数降低。侧壁干扰在负行程诱导了翼型表面的展向流动、减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,正行程范围则影响较小,且翼型失速延迟。FL-11风洞翼型动态试验的上下壁干扰效应为主导因素;但是侧壁干扰不可忽略,特别是在翼型振荡周期的大迎角和负行程范围。

关键词：翼型动态俯仰振荡风洞试验洞壁干扰

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翼型动态失速等离子体流动控制试验

航空学报 2018年第8期39卷 123-135页

作者：李国强常智强张鑫阳鹏宇陈立中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力学研究所绵阳621000

针对动态失速引起的翼型气动性能恶化的问题,利用小型化的激励电源和介质阻挡放电等离子体激励器,借助动态压力测量和外触发式粒子图像测速(PIV)等手段开展了翼型动态失速等离子体流动控制试验研究。结果表明,等离子体气动激励能够有效... 详细信息

针对动态失速引起的翼型气动性能恶化的问题,利用小型化的激励电源和介质阻挡放电等离子体激励器,借助动态压力测量和外触发式粒子图像测速(PIV)等手段开展了翼型动态失速等离子体流动控制试验研究。结果表明,等离子体气动激励能够有效控制翼型动态失速,改善平均气动力,提高翼型气动效率,减小气动力随迎角变化的迟滞区域。等离子体诱导出前缘附近的贴体翼面涡,促进分离流再附;增加了上翼面0.2~0.4弦长区域的吸力,减小了升力系数功率谱密度(PSD)分布的二、三、四阶能量幅值,在研究工况下实现了平均升力系数增加7.1%、失速迎角推迟1.3°和迟滞区域减小4.5%的明显控制效果;4°~9°迎角段,等离子体使得翼型平均阻力系数减小40%。此外,振荡频率增加使翼型绕流的非定常性增强,较高雷诺数下的翼型动态分离涡更加难以被抑制,均需要增加等离子体激励强度才能达到较好的控制效果。

关键词：翼型动态失速流动控制等离子体介质阻挡放电风洞试验

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碳布叠层穿刺复合材料多尺度传热特性研究

航空学报 2016年第4期37卷 1207-1217页

作者：石友安贺立新邱波曾磊耿湘人魏东中国空气动力研究与发展中心计算空气动力学研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000

为了深入认识复合材料的多尺度传热特性,预测复合材料宏观热物性参数,基于通用单胞思想和多尺度传热特性分析,建立了一种有效预测碳布叠层穿刺复合材料等效热物性参数的方法。基于电镜扫描分析了纤维束和编织结构的特征,采用通用单胞思... 详细信息

为了深入认识复合材料的多尺度传热特性,预测复合材料宏观热物性参数,基于通用单胞思想和多尺度传热特性分析,建立了一种有效预测碳布叠层穿刺复合材料等效热物性参数的方法。基于电镜扫描分析了纤维束和编织结构的特征,采用通用单胞思想,建立了介/细观传热分析模型,通过数值仿真进行了一系列的多尺度传热特性分析,譬如:纤维体积分数对纤维束结构传热特性的影响、穿刺纤维束大小对编织结构传热特性的影响分析,在此基础上,建立了胞体模板扩展,初步将介/细观结构研究规律应用到宏观结构热物性预测,并进行多层胞体传热特性分析。验证实验表明:等效热物性预测值与实验值吻合较好,方法有效,为深入理解认识碳布叠层穿刺复合材料的介/细观传热特性提供了有效的分析手段。

关键词：碳布叠层穿刺复合材料介/细观结构特征传热模型多尺度传热分析等效热物性预测数值计算