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超声速飞行状态下热喷流中离散颗粒的分布特性

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推进技术 2023年第3期44卷 106-120页

作者：孙文静胡峰张靖周单勇南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 北京动力机械研究所北京100074

针对气溶胶红外隐身技术在飞行状态下隐身效果急速下降的现象,提出了一种在喷管尾部加装挡板结构以解决超声速飞行状态下离散颗粒难以扩散的方法,设计了曲线型和直线型两种挡板构型,通过对含气溶胶颗粒的飞行器排气喷管尾部气固两相剪... 详细信息

针对气溶胶红外隐身技术在飞行状态下隐身效果急速下降的现象,提出了一种在喷管尾部加装挡板结构以解决超声速飞行状态下离散颗粒难以扩散的方法,设计了曲线型和直线型两种挡板构型,通过对含气溶胶颗粒的飞行器排气喷管尾部气固两相剪切流的数值模拟研究,对比分析了挡板构型和气溶胶喷嘴数目对于离散颗粒空间分布特性的影响规律。研究表明,飞行马赫数为1.2时,挡板对提升该飞行状态下气溶胶颗粒在剪切流中的扩散能力具有显著作用,且直线型挡板结构优于曲线型;夹角α=30°,挡板高度与喷嘴内径比d/D_(in)=40时,离散颗粒对尾喷流的包裹效果最佳;当气溶胶喷嘴数目大于1时,颗粒分布的均匀性明显增加,且当喷嘴数目为5时,颗粒在流场中的扩散能力最强,浓度最均匀,颗粒整体温度较低,在热喷流周围形成“厚且冷”的气溶胶遮蔽层,有利于提高超声速飞行状态下飞行器排气热喷流的主动红外隐身效果。

关键词：超声速飞行红外隐身技术气固剪切流挡板构型气溶胶分布离散颗粒数值模拟

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一种高密度碳氢燃料替代模型及其热物性分析

推进技术 2023年第11期44卷 245-254页

作者：郑寅泰孙文静王兴黎张靖周凌文辉南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 北京动力机械研究所北京100074

针对一种应用于高超声速飞行器再生冷却的高密度碳氢燃料,提出适用于其超临界态流动及换热特性研究的替代燃料模型。基于实验获得的碳氢燃料高温裂解的产物组分及现有航空煤油替代模型,提出三组分替代模型,以多物性参数分子摩尔质量、... 详细信息

针对一种应用于高超声速飞行器再生冷却的高密度碳氢燃料,提出适用于其超临界态流动及换热特性研究的替代燃料模型。基于实验获得的碳氢燃料高温裂解的产物组分及现有航空煤油替代模型,提出三组分替代模型,以多物性参数分子摩尔质量、密度、运动黏度、比热容和导热系数为遴选指标,通过多目标优化寻出一种替代燃料模型(71.1%反式十氢化萘、19.4%正十二烷、9.5%正十三烷)。基于碳氢化合物的混合热物性参数数据库(NIST SUPERTRAPP),通过二次开发对替代燃料模型的超临界态热物性进行预测和分析,发现在临界压力2.8MPa,临界温度700K附近,该种碳氢燃料的热物性参数变化最明显,并且随着压力的升高,变化逐渐变小。

关键词：高密度碳氢燃料替代燃料模型热物性参数超临界态多目标寻优

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尖前缘一体化高温热管结构设计与分析

机械强度 2013年第1期35卷 48-52页

作者：韩海涛邓代英陈思员艾邦成郑金鑫中国航天空气动力技术研究院北京100074

一体化高温热管是针对新型高超声速飞行器前缘热防护需求提出的新型非烧蚀防热技术。但其在高温工作状态下具有较高的内部蒸汽压力,高温时材料力学性能会出现显著下降,且结构刚度和强度降低,对高温热管结构设计提出很高的要求。因此针... 详细信息

一体化高温热管是针对新型高超声速飞行器前缘热防护需求提出的新型非烧蚀防热技术。但其在高温工作状态下具有较高的内部蒸汽压力,高温时材料力学性能会出现显著下降,且结构刚度和强度降低,对高温热管结构设计提出很高的要求。因此针对尖前缘一体化高温热管进行内部结构设计与分析,给出改变壁板厚度、添加加强肋等结构增强方式,并建立系列计算模型,分析得到壁板厚度、加强肋增强范围等结构参数变化对结构刚度、强度性能的影响规律,同时综合考虑热防护性能和结构完整性,优选出合理的设计参数,为尖前缘一体化高温热管的工程实现奠定基础。

关键词：疏导式热防护尖前缘高温热管结构分析

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节流制冷对低温贮箱主流液体控温影响分析

航空动力学报 2022年第9期37卷 2001-2008页

作者：周振君刘欣刘晨孟楠陈世奎中国航天科技集团有限公司中国运载火箭技术研究院北京100076 首都航天机械有限公司北京100076

为研究低温流体节流特性及冷量引入对贮箱主流体控温影响,首先对低温流体节流干度和体积含气率进行了分析,结果表明质量占比较小的气相占据了大部分空间体积,对流动速率及换热产生较大影响;建立了节流制冷性能测试平台,采用液氮工质开... 详细信息

为研究低温流体节流特性及冷量引入对贮箱主流体控温影响,首先对低温流体节流干度和体积含气率进行了分析,结果表明质量占比较小的气相占据了大部分空间体积,对流动速率及换热产生较大影响;建立了节流制冷性能测试平台,采用液氮工质开展了节流前压力为0.3~0.37 MPa工况下的减压降温试验,节流前后降温达到了11.3~14.2 K;在集成节流阀孔的热力学排气系统(TVS)系统中,通过节流制冷使贮箱流体产生了平均6.5 K的温降,将贮箱压力控制在150~160 kPa范围;冷量的引入使主流区液体温度持续波浪式降低,气液界面热分层处的降温效果更加明显。

关键词：低温液体节流效应体积含气率降压热分层

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基于本征正交分解的离心压气机多学科设计优化

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推进技术 2017年第2期38卷 323-333页

作者：张立章尹泽勇米栋钱正明高勇强北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航空发动机集团湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为探索离心压气机多学科设计优化策略,进一步提高优化效率,建立了基于本征正交分解(POD)技术的离心压气机优化系统。首先选择样本数据生成快照矩阵,进行本征正交分解后,提取了占支配性的少数几个基函数,并以POD系数作为新的设计变量,构... 详细信息

为探索离心压气机多学科设计优化策略,进一步提高优化效率,建立了基于本征正交分解(POD)技术的离心压气机优化系统。首先选择样本数据生成快照矩阵,进行本征正交分解后,提取了占支配性的少数几个基函数,并以POD系数作为新的设计变量,构建了降阶的设计空间,从而大幅度减少了设计变量的个数。然后与离心压气机多学科优化流程相结合,建立了一种高效率的优化策略。为验证系统的可行性,以极大化等熵效率为目标,针对最大转速状态和巡航状态两个计算工况对压气机进行优化。结果表明:该优化策略在有效减少设计变量个数方面具有优势,从而使优化问题能够快速的收敛,优化后两个工况下的设计点等熵效率分别提高了3.5%和4%。

关键词：本征正交分解优化策略离心压气机多学科设计优化设计空间降阶模型

基于主被动TVS技术的低温推进剂贮箱控压特性

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航空动力学报 2024年第10期39卷 163-170页

作者：周振君吴俊巩萌萌吴勇赵允宁程龙中国航天科技集团有限公司中国运载火箭技术研究院北京100076 首都航天机械有限公司北京100076

为研究主被动热力学排气技术在低温贮箱压力控制方面的特性,搭建了集成主被动热力学排气系统的低温试验平台,开展了被动热力学排气(PTVS)控压、混合控压以及主动热力学排气(ATVS)等模式,贮箱加热分为0、40 W和80 W工况下的液氮贮箱压力... 详细信息

为研究主被动热力学排气技术在低温贮箱压力控制方面的特性,搭建了集成主被动热力学排气系统的低温试验平台,开展了被动热力学排气(PTVS)控压、混合控压以及主动热力学排气(ATVS)等模式,贮箱加热分为0、40 W和80 W工况下的液氮贮箱压力控制正交测试,并进行了持续时间10 h的长耗时低温贮箱控压过程测试。试验结果表明:控压循环时间随着加热功率的增加而减少,控压循环频率更高;输入功率不变时,PTVS单次循环控压时间最长,混合控压单次循环时间最短。混合与ATVS结合的低温贮箱控压方法在近10 h的测试过程中运行稳定,将贮箱压力控制在预定区间内。节流制冷量的输入削弱了外界漏热的影响,液相升温速率逐渐降低趋于平缓,液相温度最终接近热分层处流体温度。

关键词：主被动控压热力学排气液相温度气枕压力热分层

基于自适应本征正交分解的涡轮级多学科设计优化

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推进技术 2017年第6期38卷 1249-1258页

作者：张立章尹泽勇米栋朱剑锋钱正明李坚北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航空发动机集团湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了提高涡轮级多学科设计优化的优化效率,基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)技术,并结合快照样本自适应更新方法,提出了一种综合的涡轮级多学科优化系统。首先,通过进行POD分析,仅保留占优势的基函数,并以POD系... 详细信息

为了提高涡轮级多学科设计优化的优化效率,基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)技术,并结合快照样本自适应更新方法,提出了一种综合的涡轮级多学科优化系统。首先,通过进行POD分析,仅保留占优势的基函数,并以POD系数作为新的设计变量,设计变量个数由60个缩减为5个,提高了优化效率。然后,基于自适应进化规则,优化过程中对快照样本进行不断的进化和修正,从而提高POD精度。最后将该方法与涡轮多学科优化流程相结合,建立了一种高效率、高精度的优化策略。某涡轮优化的结果表明:该优化策略适于设计变量较多的复杂优化问题,且具有良好的收敛性,优化后设计点等熵效率提高了3.5%。

关键词：涡轮级多学科设计优化优化效率本征正交分解自适应优化策略

球轴承接触疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

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航空动力学报 2019年第10期34卷 2246-2255页

作者：张杰毅陈果谢阶栋贺志远滕春禹成震杰南京航空航天大学民航学院南京210016 中国航空发动机集团有限公司湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航空工业集团有限公司中国航空综合技术研究所北京100028

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软... 详细信息

以线弹性力学及连续损伤力学为基础,构建球轴承接触疲劳的损伤演化方程。利用轴承钢GCr15扭转疲劳试验数据拟合得到损伤演化方程中的材质参数。通过该方程预估轴承钢GCr15的扭转疲劳寿命,其结果与试验数据吻合。采用ABAQUS有限元分析软件仿真得到6206球轴承的接触应力分布并分析了6206球轴承最大接触应力区。根据6206球轴承的载荷及应力应变状态将最大接触应力区简化为二维平面应力模型。在此基础上预估了6206球轴承的接触疲劳寿命。设计并进行了6206球轴承疲劳强化试验。轴承接触疲劳剥落都萌生于内圈,与应力仿真分析结果相契合。三个试验轴承的试验与预估接触疲劳寿命的相对误差分别为29.52%、3.03%和51.16%,验证了接触疲劳寿命预估方法的有效性。研究表明采用损伤力学预估球轴承的接触疲劳寿命是工程中可行且实用的方法。

关键词：寿命预测球轴承损伤力学轴承应力计算罚函数 ABAQUS有限元分限软件

具有不同梯度晶粒组织的粉末高温合金疲劳小裂纹扩展原位观察

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粉末冶金技术 2023年第5期41卷 420-426页

作者：朱磊王易成张皓陈阳江荣宋迎东中国航发湖南动力机械研究所株洲412002 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 中国航发北京航空材料研究院北京100095

采用扫描电子显微镜原位观察的方法对某第三代粉末高温合金不同微观组织的疲劳裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了研究,揭示了双性能粉末涡轮盘轮缘(粗晶组织)、轮心(细晶组织)及晶粒过渡区(梯度结构组织)的微观组织对疲劳小裂纹扩展的影... 详细信息

采用扫描电子显微镜原位观察的方法对某第三代粉末高温合金不同微观组织的疲劳裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了研究,揭示了双性能粉末涡轮盘轮缘(粗晶组织)、轮心(细晶组织)及晶粒过渡区(梯度结构组织)的微观组织对疲劳小裂纹扩展的影响规律。结果表明:缺口处的一次强化相易成为裂纹萌生位置,其中梯度结构组织呈现出从晶界处开裂的多裂纹萌生特征。对于梯度结构试样,室温下的小裂纹扩展行为受微观结构影响显著,疲劳裂纹扩展速率波动较大。在应力强度因子范围较低时,粗晶试样的裂纹扩展速率高于细晶;随着应力强度因子范围逐渐增大,细晶试样的疲劳裂纹扩展速率增加更快,并高于粗晶试样;这与较长的滑移路径、增强的滑移可逆性和较少的晶界阻碍、减弱的不连续度之间的竞争机制相关。

关键词：粉末高温合金原位观察疲劳小裂纹晶粒尺寸梯度结构