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轮胎滚动溅水与垂直入水相似性分析

中国科学：技术科学 2018年第9期48卷 931-938页

作者：张显鹏徐绯任选其杨扬西北工业大学航空学院计算力学与工程应用研究所西安710072

飞机在积水跑道上滑跑时,轮胎溅起的水可能进入发动机,导致发动机出现掉转、喘振甚至熄火等现象.以往对机轮溅水问题的研究主要采用全机溅水试验的方法,这样的试验价格昂贵,且得到的有效数据有限.首先,通过对轮胎溅水机理的分析,根据流... 详细信息

飞机在积水跑道上滑跑时,轮胎溅起的水可能进入发动机,导致发动机出现掉转、喘振甚至熄火等现象.以往对机轮溅水问题的研究主要采用全机溅水试验的方法,这样的试验价格昂贵,且得到的有效数据有限.首先,通过对轮胎溅水机理的分析,根据流动相似理论以及切片法思想,阐述了轮胎滚动溅水与垂直入水的相似性.然后,使用LS-DYNA商业软件分别建立了基于SPH-FEM耦合方法的弹性带翻边轮胎滚动溅水与垂直入水模型,根据数值计算结果分析了两系统中侧向喷溅的形成机理,并对比了两种侧向喷溅的正视溅水形态、溅水速度以及翻边的作用效果.结果表明,当两系统中轮胎速度存在一定对应关系时,两种侧向喷溅的正视形态存在相似性.最后,根据这种相似性提出了采用轮胎垂直入水试验研究机轮溅水形态的新方法,为该问题的研究提供了新的思路.

关键词：飞机轮胎溅水光滑粒子流体动力学(SPH) 流动相似理论切片法

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飞机轮胎溅水鸡尾流特性数值模拟

航空学报 2019年第11期40卷 45-54页

作者：管祥善徐绯任选其张显鹏西北工业大学航空学院计算力学研究所

当飞机起落架的多轮经过涉水跑道时,除侧向溅水之外,在轮胎之间由于两股侧向水流汇聚,会形成类似公鸡尾的溅水形态,称之为鸡尾流。相比于轮胎的侧向溅水,鸡尾流成因复杂,且水量更大,溅水高度更高,可能对飞机安全造成更严重的危害。采用... 详细信息

当飞机起落架的多轮经过涉水跑道时,除侧向溅水之外,在轮胎之间由于两股侧向水流汇聚,会形成类似公鸡尾的溅水形态,称之为鸡尾流。相比于轮胎的侧向溅水,鸡尾流成因复杂,且水量更大,溅水高度更高,可能对飞机安全造成更严重的危害。采用数值分析方法对飞机轮胎溅水产生的鸡尾流现象成型机理开展研究。根据轮胎几何结构特点建立飞机轮胎溅水模型,其中轮胎及跑道采用FEM方法建模,积水模型采用SPH法,给出了鸡尾流的形态和速度分布,通过与侧向溅水形态分布的分析与比较,揭示了鸡尾流溅水的形成机制,并研究了水深、轮胎间距、轮胎速度等因素对于鸡尾流形态以及速度分布的影响规律,初步验证了ESDU工程算法对于无翻边轮胎鸡尾流形态描述的可参考性。

关键词：多轮溅水鸡尾流 SPH法形态和速度分布无翻边轮胎

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弹性动力学高阶核无关快速多极边界元法

力学学报 2014年第5期46卷 776-785页

作者：荣俊杰校金友文立华西北工业大学航天学院计算力学与工程应用研究所西安710072

基于核无关的快速多极方法,发展了一种弹性动力学问题的快速、高精度边界元分析方法.采用基于二次曲面单元的Nystrm离散,将边界积分方程转化为求和形式,可以方便地进行加速计算;由于采用二次元,边界元分析精度很高.将一种新型快速多... 详细信息

基于核无关的快速多极方法,发展了一种弹性动力学问题的快速、高精度边界元分析方法.采用基于二次曲面单元的Nystrm离散,将边界积分方程转化为求和形式,可以方便地进行加速计算;由于采用二次元,边界元分析精度很高.将一种新型快速多极方法用于Nystrm边界元法的加速计算,该方法的数值实现简便、不依赖于积分方程基本解的表达式,因此通用性很好;该方法还具有最优的计算量和存储量、精度高且可以控制.结合Nystrm边界元系数矩阵和快速多极方法转换矩阵的特点,提出一种大幅度降低边界元内存消耗的策略.数值结果表明,该方法无论在分析精度,还是计算速度和内存消耗上,都大大优于同类方法,是一种快速、通用的工程弹性动力学问题大规模数值分析方法.

关键词：弹性动力学核无关快速多极算法边界元法高阶Nystrom方法

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结构冲击畸变问题的直接相似方法研究

力学学报 2020年第3期52卷 774-786页

作者：王帅徐绯代震刘小川李肖成杨磊峰惠旭龙西北工业大学航空学院计算力学与工程应用研究所西安710072 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室西安710065

结构受冲击时由不同材料引起比例模型与全尺寸原型的畸变,通常通过修正比例模型的速度或密度进行补偿.然而传统的修正方法,存在需预先测试结构响应、依赖特殊本构方程、不能反映动态过程的缺陷,因而限制了相似理论在比例模型试验中的直... 详细信息

结构受冲击时由不同材料引起比例模型与全尺寸原型的畸变,通常通过修正比例模型的速度或密度进行补偿.然而传统的修正方法,存在需预先测试结构响应、依赖特殊本构方程、不能反映动态过程的缺陷,因而限制了相似理论在比例模型试验中的直接应用.本文提出了一种不同材料畸变问题的直接相似方法.它通过建立应变率区间上比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系,直接获得了修正速度或修正密度的比例因子,完成了比例模型与原型的动态相似关系.基于Norton-Hoff,Cowper-Symonds,Johnson-Cook三种经典的本构模型,研究了材料应变率敏感性特征参数、参考应变率、屈服应力、密度在动态相似关系中的作用.并通过受质量冲击的折板结构算例,验证了直接相似方法的有效性.分析表明,本文提出的直接相似方法不需要预先测试结构的响应,不依赖特殊的本构方程、强调动态相似特性,具有直接、高效、通用的特点.此外,动态相似关系的最佳逼近效果,受材料应变率敏感性特征参数控制,屈服应力、密度和参考应变率影响不大;当比例模型应变率敏感性特征参数与原型相近,可获得最佳逼近.

关键词：相似缩比应变率敏感性不同材料冲击

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受轴向冲击薄壁圆管的几何畸变相似律研究

爆炸与冲击 2022年第5期42卷 100-111页

作者：杨磊峰常新哲徐绯王帅刘小川惠旭龙李肖成西北工业大学航空学院计算力学与工程应用研究所陕西西安710072 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室陕西西安710065

对于受轴向冲击载荷作用的薄壁圆管动态响应的相似律问题,由于圆管的薄壁特性导致厚度无法与高度和半径按相同的比例进行结构缩放,从而产生模型的几何畸变,此时传统的相似律已无法描述原型与畸变模型之间的动态响应规律。基于薄壁圆管... 详细信息

对于受轴向冲击载荷作用的薄壁圆管动态响应的相似律问题,由于圆管的薄壁特性导致厚度无法与高度和半径按相同的比例进行结构缩放,从而产生模型的几何畸变,此时传统的相似律已无法描述原型与畸变模型之间的动态响应规律。基于薄壁圆管轴向冲击问题的控制方程,通过能量守恒和量纲分析,推导了考虑几何畸变条件下轴向冲击载荷作用的理想弹塑性薄壁圆管动态响应的相似律。通过在给定应变与应变率区间上建立比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系,将几何畸变相似律进一步推广至包含应变率和应变硬化的材料。通过数值方法验证了提出的几何畸变模型相似律的适用性。分析结果表明,提出的考虑厚度畸变的受轴向冲击薄壁圆管的相似律可用于预测原型结构的冲击动态响应,并显著降低比例模型与原型结构平均载荷和能量的偏差。

关键词：薄壁圆管应变率效应应变硬化几何畸变相似律

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薄板在冲击载荷下线弹性理想塑性响应的相似性研究

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爆炸与冲击 2021年第11期41卷 67-78页

作者：李肖成徐绯杨磊峰王帅刘小川惠旭龙刘继军西北工业大学航空学院计算力学与工程应用研究所陕西西安710072 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室陕西西安710065

对于比例模型和原型使用不同弹塑性材料的冲击相似性问题,由于弹性和塑性阶段材料特性的差别及其在不同变形阶段的弹性塑性共存现象,将导致原有的结构冲击相似性理论失效。基于薄板冲击问题的理论模型,采用方程分析方法重新推导了材料... 详细信息

对于比例模型和原型使用不同弹塑性材料的冲击相似性问题,由于弹性和塑性阶段材料特性的差别及其在不同变形阶段的弹性塑性共存现象,将导致原有的结构冲击相似性理论失效。基于薄板冲击问题的理论模型,采用方程分析方法重新推导了材料线弹性以及理想刚塑性共存时的冲击响应的相似律。提出了一种能够同时考虑弹性变形和塑性变形的结构缩放响应相似性分析的厚度补偿方法,并利用数值分析验证了提出方法的适用性。分析结果表明,使用厚度补偿方法得到的比例模型结构响应能够准确地预测原型结构的冲击响应。

关键词：薄板结构弹塑性耦合不同材料相似性分析

流动分离与涡结构显示的激光诱导荧光水洞实验技术

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红外与激光工程 2019年第7期48卷 97-104页

作者：耿子海蔡晋生姜裕标西北工业大学航空学院

开展激光诱导荧光水洞实验技术研究的目的是为流动分离与涡结构显示提供实用、直观、有效的观测手段。本项工作在1 m×1 m水洞配置的连续片光设备基础上,针对532 nm波长激光光源特性,依据光学参数匹配原则选择了罗丹明B作为染色剂与荧光... 详细信息

开展激光诱导荧光水洞实验技术研究的目的是为流动分离与涡结构显示提供实用、直观、有效的观测手段。本项工作在1 m×1 m水洞配置的连续片光设备基础上,针对532 nm波长激光光源特性,依据光学参数匹配原则选择了罗丹明B作为染色剂与荧光剂,围绕染色剂与荧光剂的配置方法,连续激光器的激光强度、试验段流速、染色线出孔压力之间的匹配关系,照相、摄像视场与流动结构对比度匹配关系等问题,建立了激光诱导荧光实验系统,对圆柱绕流及尾流结构、运输机全机模型的机翼绕流与尾流结构、运输机尾舱门周围流场旋涡结构开展了实验研究。典型的流动分离与涡结构显示结果表明:激光诱导荧光技术具备从边界层结构到空间分离以及尾流特性等全覆盖的流场结构显示能力,值得推广应用。

关键词：激光诱导荧光 1 m×1 m水洞流动分离涡结构

结合动态滑翔技术的小型太阳能无人机飞行能量变化分析

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西北工业大学学报 2020年第1期38卷 48-57页

作者：刘思奇白俊强西北工业大学航空学院

小型无人机由于其自身携能能力限制,滞空时间较短,因此通过应用太阳能技术和动态滑翔技术获取外界能量对提升小型无人机续航性能意义重大。结合动态滑翔与太阳能各自的优势,从小型无人机能量交换角度入手,分析了采用太阳能技术与动态滑... 详细信息

小型无人机由于其自身携能能力限制,滞空时间较短,因此通过应用太阳能技术和动态滑翔技术获取外界能量对提升小型无人机续航性能意义重大。结合动态滑翔与太阳能各自的优势,从小型无人机能量交换角度入手,分析了采用太阳能技术与动态滑翔技术的飞行器飞行过程中的能量变化原理,推导了结合2种获能技术的最大能量获取策略。建立了基于梯度风场的小型无人机飞行动力学模型,并将其与太阳能动力能源系统模型相结合,选择太阳能供应相对紧缺的黄昏时刻的环绕飞行轨迹为目标航迹,利用建立的模型进行了仿真验证,验证了结合动态滑翔技术的小型太阳能无人机相对于传统的太阳能飞行器盘旋飞行与纯动态滑翔飞行在能量获取上的优势,证明了结合2种技术对小型无人机续航能力提升的重要意义,为今后进一步研究全天候不间断飞行提供了基础。

关键词：动态滑翔小型无人机航迹优化太阳能能量分析

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翼身融合民机总体气动技术研究进展与展望

航空学报 2019年第9期40卷 1-29页

作者：王刚张彬乾张明辉桑为民袁昌盛李栋西北工业大学航空学院

翼身融合(BWB)布局作为下一代亚声速民机主流方案已得到共识,研究步伐正在加快,进入工程应用指日可待。在回顾国内外BWB民机发展历程的基础上,简要阐述了飞翼布局(FW)和BWB布局的差异,明确了BWB概念特征及应用范围。聚焦BWB飞机总体气... 详细信息

翼身融合(BWB)布局作为下一代亚声速民机主流方案已得到共识,研究步伐正在加快,进入工程应用指日可待。在回顾国内外BWB民机发展历程的基础上,简要阐述了飞翼布局(FW)和BWB布局的差异,明确了BWB概念特征及应用范围。聚焦BWB飞机总体气动设计中的技术挑战和对策,重点论述分析了BWB布局技术瓶颈及设计思想演化,新型结构与重量估算、适航符合性等总体设计问题,气动布局设计原则、高-低速性能协调等气动布局设计问题,飞-发干扰与一体化设计、新型发动机技术应用等飞机-发动机综合集成设计问题,降噪技术及其衍生的设计冲突、考虑噪声指标的总体设计策略等问题。并从技术进展和工程可实现性角度,展望了BWB民机的发展趋势。

关键词：翼身融合亚声速民机总体设计气动布局设计飞机-发动机集成设计降噪技术