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吸气式无阀脉冲爆震发动机试验研究

实验流体力学 2007年第1期21卷 87-92页

作者：王治武严传俊李牧郑龙席蒋波西北工业大学动力与能源学院西安710072

为了获得大气层内的高速巡航能力,需要发展包括吸气式脉冲爆震发动机在内的多种新概念动力装置。设计制造了完整的吸气式无阀脉冲爆震模型机,包括亚声速进气道,混合室,点火室,爆震室和喷管。采用起爆性较差的汽油和空气为推进剂,以低于5... 详细信息

为了获得大气层内的高速巡航能力,需要发展包括吸气式脉冲爆震发动机在内的多种新概念动力装置。设计制造了完整的吸气式无阀脉冲爆震模型机,包括亚声速进气道,混合室,点火室,爆震室和喷管。采用起爆性较差的汽油和空气为推进剂,以低于50mJ的点火能量研究了模型机(除去喷管)的多循环单级起爆和爆燃向爆震转变过程(DDT),并尝试减小DDT轴向距离的方法。设计一种环缝结构来加强汽油、空气的掺混,和减小推力壁端敞口对模型机起爆的不利影响。试验表明模型机易于起爆,DDT距离在1.3m(距离点火器)左右,采用高能点火装置之后,DDT距离减为1.09m。模型机与一端封闭一端敞开的脉冲爆震火箭发动机相比,由于两端敞口,各测压点压力时域变化更加复杂,有两次上升和下降过程。

关键词：高速巡航吸气无阀脉冲爆震发动机 DDT 试验研究

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欧拉方程的隐式间断有限元算法研究

计算机工程与应用 2014年第16期50卷 21-24页

作者：段治健咸阳师范学院数学与信息科学学院陕西咸阳712000 西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室西安710072

针对Euler方程,设计了适合间断Galerkin有限元方法的LU-SGS、GMRES以及修正LU-SGS隐式算法。采用Roe通量以及Van Albada限制器技术实现了经典LU-SGS、GMRES算法,引入高阶项误差补偿,发展了修正LU-SGS算法。以NACA0012、RAE2822翼型为例... 详细信息

针对Euler方程,设计了适合间断Galerkin有限元方法的LU-SGS、GMRES以及修正LU-SGS隐式算法。采用Roe通量以及Van Albada限制器技术实现了经典LU-SGS、GMRES算法,引入高阶项误差补偿,发展了修正LU-SGS算法。以NACA0012、RAE2822翼型为例验证分析了算法的可靠性和高效性。结果表明修正LU-SGS算法存储量较少,程序实现方便,而且计算效率是LU-SGS算法的2.5倍以上,接近于循环GMRES算法。

关键词：间断有限元方法 LU-SGS算法 GMRES算法限制器

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跨音速自然层流翼型反设计研究

郑州大学学报（理学版） 2019年第1期51卷 95-100页

作者：李静刘艳萍高正红梁天水郑州大学力学与工程科学学院河南郑州450001 西北工业大学翼型叶栅空气动力国防科技重点实验室陕西西安710072

基于Gappy POD降阶模型的数据重构方法提出反设计方法,由已知的翼型表面压力分布对缺失的目标翼型数据进行重构.在初始快照采样过程中,采用ΔCST方法对初始翼型进行扰动取样,并用反设计得到翼型替换基础扰动翼型,将新的快照加入原始快照... 详细信息

基于Gappy POD降阶模型的数据重构方法提出反设计方法,由已知的翼型表面压力分布对缺失的目标翼型数据进行重构.在初始快照采样过程中,采用ΔCST方法对初始翼型进行扰动取样,并用反设计得到翼型替换基础扰动翼型,将新的快照加入原始快照库,反复迭代求解.针对层流翼型反设计,利用边界层转捩数值模拟程序获得快照向量的翼型压力分布.接着,提出两种不同的跨音速自然层流翼型的压力分布形态,通过构建的反设计方法得到两组不同的跨音速自然层流翼型,并详细研究了不同雷诺数及不同马赫数下,不同压力分布形态对转捩发生抑制能力的影响,同时研究其与阻力发散特性的协调性.

关键词： CST 自然层流翼型转捩模型反设计

基于二次流喷射的并联式TBCC排气系统性能提升技术研究

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推进技术 2018年第4期39卷 760-767页

作者：王占学祁少波周莉史经纬西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

基于CFD数值模拟方法,分析了并联式涡轮基组合循环发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)排气系统的内外流场特性,提出了在涡轮喷管下壁面处喷入高压二次流以提升排气系统性能的方式,研究了不同飞行状态下二次流喷射对排气系统性能... 详细信息

基于CFD数值模拟方法,分析了并联式涡轮基组合循环发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)排气系统的内外流场特性,提出了在涡轮喷管下壁面处喷入高压二次流以提升排气系统性能的方式,研究了不同飞行状态下二次流喷射对排气系统性能(推力系数、推力矢量角)的影响规律。计算结果表明:二次流喷射会产生弓形激波,与喷管上膨胀壁面附面层作用产生新的分离区,提升涡轮喷管和冲压喷管内的整体压力,从而改善并联式TBCC排气系统的推力及推力矢量性能,且对亚声速和跨声速飞行状态下的并联式TBCC排气系统性能改善比较明显,可使轴向推力系数最大提升7.34%,推力矢量角提升12.76°。

关键词：涡轮基组合循环发动机排气系统二次流喷射推力系数推力矢量角

基于面元-涡粒子法的螺旋桨气动特性及噪声研究

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西北工业大学学报 2022年第4期40卷 778-786页

作者：刘乾刘汉儒李家辉尚珣陈南树王掩刚西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 中国空气动力研究发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000

为了满足叶轮机械的高效非定常气动仿真需求,发展了耦合面元-涡粒子法和Lowson自由远场声学模型的气动声学快速方法,并应用于某型螺旋桨气动特性和噪声特性的预测研究。气动计算结果表明:与有限体积法(finite volume method,FVM)相比,... 详细信息

为了满足叶轮机械的高效非定常气动仿真需求,发展了耦合面元-涡粒子法和Lowson自由远场声学模型的气动声学快速方法,并应用于某型螺旋桨气动特性和噪声特性的预测研究。气动计算结果表明:与有限体积法(finite volume method,FVM)相比,使用面元-涡粒子法(panel⁃vortex particle method,PVM)可以获得一致的叶表压力分布、下游尾迹速度分布和推力;相比于二阶的有限体积法,面元-涡粒子法的尾迹涡量数值耗散更低,尾涡附近速度梯度变化更明显。声学计算结果表明:与有限体积法结合Lowson模型的声学结果相比,使用面元-涡粒子法与Lowson模型结合可以解出相近的声压级指向性结果,在声场特征指向位置处(桨盘前轴向夹角60°位置)1BPF(blade passing frequency)下声压级幅值相对误差仅为5%,能满足声学分析需求。在计算耗时方面,面元-涡粒子法求解速度比有限体积法高出一个量级,证实发展的方法能满足分布式电推进系统动力叶轮机械的非定常气动特性和噪声性能的高效预测评估。

关键词：面元法涡粒子法螺旋桨非定常气动气动噪声

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旋转帽罩结冰相似准则的冰风洞试验研究

实验流体力学 2021年第4期35卷 52-59页

作者：张丽芬葛鑫张斐刘振侠马栋吕维进西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000

为了验证旋转帽罩冰风洞试验相似准则的适用性,开展了旋转帽罩表面结冰过程研究,推导了旋转帽罩结冰相似准则。采用底面直径100 mm、锥角80°的旋转锥作为原尺寸模型,底面直径50 mm、锥角80°的旋转锥作为缩比模型,进行不同工况冰风洞... 详细信息

为了验证旋转帽罩冰风洞试验相似准则的适用性,开展了旋转帽罩表面结冰过程研究,推导了旋转帽罩结冰相似准则。采用底面直径100 mm、锥角80°的旋转锥作为原尺寸模型,底面直径50 mm、锥角80°的旋转锥作为缩比模型,进行不同工况冰风洞试验。通过图像法采集了帽罩表面冰形,并将冰形进行无量纲化处理,对比了原尺寸模型与缩比模型的结冰冰形。结果表明:对于明冰工况,帽罩前半部分冰形吻合较好,帽罩后半部分吻合欠佳;对于霜冰工况,全尺寸模型与缩比模型的冰形吻合良好。对造成这一现象的原因进行了分析,并提出改进的建议。

关键词：旋转帽罩结冰相似准则结冰风洞缩比

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基于高效特征值分析方法的旋转失速先兆预测

航空学报 2023年第14期44卷 93-106页

作者：徐慎忍何晨孙大坤袁蔡嘉曹东明赵家资王丁喜西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

旋转失速限制了压气机稳定工作的范围,对其进行深入理解并实现准确预测是控制失速、提高裕度的关键。现有模型大多基于一定程度的几何和流动简化,不考虑三维效应及流动复杂性,直接应用于三维压气机失速预测时仍面临巨大挑战。同时,尽管... 详细信息

旋转失速限制了压气机稳定工作的范围,对其进行深入理解并实现准确预测是控制失速、提高裕度的关键。现有模型大多基于一定程度的几何和流动简化,不考虑三维效应及流动复杂性,直接应用于三维压气机失速预测时仍面临巨大挑战。同时,尽管试验测量和模拟仿真水平不断提高,试验和数值模拟多为唯象研究,缺乏对压气机流动失稳根本原因的揭示。此外,由于三维复杂流动精细化测量和高保真模拟的复杂性,大多数失速研究针对某一压气机若干孤立工况开展,缺乏系统的参数化研究,难以提炼出旋转失速关键影响因素。为弥补试验测试空间分辨率低和非定常流动模拟成本高的缺陷,提出了一种基于三维流动方程高效特征值求解的全局稳定性分析方法。一方面可以获得试验测量难以达到的空间分辨率,另一方面能够以比非定常模拟小2~3个量级的成本获得丰富的三维流场小扰动发展过程。针对某典型跨声速压气机环形叶栅,所发展的分析方法计算成本仅为定常特性线计算的28%,相比于非定常计算实现了约155倍的加速,为压气机旋转失速准确快速预测和机理研究提供了重要的研究工具。

关键词：稳定性分析特征值方法压气机旋转失速模态波

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超临界压力下正十烷流动传热的数值模拟

推进技术 2014年第4期35卷 537-543页

作者：赵国柱宋文艳张若凌乐嘉陵西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

为了深入理解主动再生冷却过程中碳氢燃料的超临界传热特性,基于SIMPLE算法建立了数值模拟方法,考虑了碳氢燃料物性随温度的剧烈变化,并利用电加热管实验结果验证了计算方法。针对超临界压力下细管道内正十烷的流动传热现象进行了系统... 详细信息

为了深入理解主动再生冷却过程中碳氢燃料的超临界传热特性,基于SIMPLE算法建立了数值模拟方法,考虑了碳氢燃料物性随温度的剧烈变化,并利用电加热管实验结果验证了计算方法。针对超临界压力下细管道内正十烷的流动传热现象进行了系统的数值计算研究,考察了计算网格无关性和超临界流动传热过程中的压力效应。结果表明:网格选择与正十烷的状态有关;在超临界压力下,较低的正十烷压力引起临界温度附近的努赛尔数减小,导致传热效率下降;目前常用的传热经验公式在正十烷临界区域附近与数值计算结果差别较大。

关键词：超临界压力正十烷再生冷却数值模拟

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燃烧室构型对旋转爆震波传播特性的影响

航空学报 2022年第5期43卷 243-254页

作者：赵明皓王可王致程朱亦圆李清安范玮西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学陕西省航空动力系统热科学重点实验室西安710129

为了揭示燃烧室构型对旋转爆震波传播特性的影响,设计了不同结构参数的5个燃烧室,包括环形、空桶形和凹腔形3种燃烧室形式。喷注器采用喷孔-环缝设计,燃料和氧化剂分别为乙烯和富氧空气。在相同的供给条件下,实验研究了燃烧室构型对旋... 详细信息

为了揭示燃烧室构型对旋转爆震波传播特性的影响,设计了不同结构参数的5个燃烧室,包括环形、空桶形和凹腔形3种燃烧室形式。喷注器采用喷孔-环缝设计,燃料和氧化剂分别为乙烯和富氧空气。在相同的供给条件下,实验研究了燃烧室构型对旋转爆震波传播特性和推进性能的影响。结果表明:空桶形燃烧室稳定爆震模态的工作范围最宽且爆震波最为稳定,但推进性能较差;两个凹腔形燃烧室的工作范围介于燃烧室宽度为19 mm和15 mm的两个环形燃烧室之间,但推进性能略高于宽度为19 mm的环形燃烧室;此外,凹腔形燃烧室的工作范围随凹腔长度的增加而增加。

关键词：燃烧室构型传播特性工作范围推进性能旋转爆震