科学与理论

  • 高超声速逆压梯度效应对壁面动载荷的影响

    陈新元;王丹;赵小见;杨党国;周国成;

    高超声速激波边界层干扰是高超声速飞行器壁面强动载的主要诱因,逆压梯度的存在进一步加剧了壁面动载荷环境的复杂程度。以平板加钝舵模型为研究对象,采用风洞脉动压力试验方法为技术手段,通过设计不同角度的钝面角度模拟不同强度的逆压梯度,研究高超声速逆压梯度对脉动压力的时频和空间相关特性的影响。结果表明,逆压梯度的存在使得靠近钝翼附近的湍流边界层分离出现得更早,随着舵角的抬升,钝翼底部声压级增大,脉动压力由高频向低频迁移;无逆压梯度条件下的壁面脉动压力空间相关性辨识结果差异最明显,压力梯度引起的空间波数辨识结果变化较小。揭示了逆压梯度效应对高超声速动载荷环境的影响机制和规律,为新一代高超声速飞行器降载减振设计提供了一定的支撑。

    2024年03期 No.459 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1096K]
  • 氢气化学反应机理在超声速燃烧数值仿真中的应用研究

    田亮;张世毅;王洪信;朱韶华;

    针对一种支板构型超燃燃烧室开展了氢燃烧的化学反应动力学机理在超声速燃烧中的适用性研究,在选取了合适的湍流模型和反应模型后,研究了8种化学动力学机理(5种详细机理和3种简化机理)在相同工况下的超声速燃烧流场。对比了将3种湍流模型和2种反应模型组合后得到的仿真结果与实验数据,发现选用SST k-ω湍流模型和EDC反应模型进行支板型发动机燃烧室流场仿真最合理。通过对比使用5种详细机理模拟得到的燃烧室流场截面上温度、速度、OH浓度和H2O质量分数分布情况,发现结果中OH浓度分布有较大差别,其他参数差别不大;对比分析了使用简化机理得到的模拟结果与详细机理,发现3种简化机理得到的火焰结构、火焰温度和中间产物OH的分布都与详细机理差别很大。

    2024年03期 No.459 11-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1159K]

技术与方法

  • 多体分离气动特性智能预测技术研究

    姜金俊;陈连忠;

    下一代超声速或高超声速战斗机内埋武器系统可能会采用后射分离(Aft Ejection Separation,AES)概念,后射分离属于飞行器多体分离一种类型,不仅存在多体飞行器间的流动与气动干扰,而且存在多体飞行器间的相对运动,严重影响载机的安全性。开发了一种内置式风洞试验系统并在FD-12风洞中集成,获取了典型工况下的后射分离试验结果,并基于综合随机决策树的非线性模型回归技术的人工智能算法对其余攻角α_A、侧滑角β_A下后射分离气动特性进行初步智能建模预测研究,给出将近100次随机状态下试验值与预测值对比,并用来预测给定其余典型状态下后射分离气动数据。结果表明,基于综合随机决策树的非线性数学模型的回归技术优化算法对后射分离气动干扰试验,在马赫数Ma=2.0,攻角-5°≤α_A≤5°,侧滑角-3°≤β_A≤8°的样本空间内具有一定的预测性。

    2024年03期 No.459 24-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1181K]
  • 高马赫数气动热环境数据融合方法与展望

    王润;刘晋;张青青;尹琰鑫;屈强;

    介绍了目前高马赫数飞行器气动热研究面临的问题以及研究方法,分析了工程计算、数值模拟和风洞试验等常用评估手段的优劣,并以当前方法的局限性为切入点,引出了机器学习和数据融合方法在气动热领域的应用。汇总了当前气动热领域的数据融合研究成果,将应用方向大致分为湍流模型优化、气动热快速评估、不确定度辨识和天地相关性研究三类。虽然目前气动热领域的数据融合仍处于探索阶段,但是鉴于气动热设计过程中产生了大量的多源数据,为数据融合的发展提供了广阔的应用空间。将气动热环境设计与数据融合方法相结合,既有助于提升数据库计算效率,也可以归纳并发掘新的机理,推进气动专业领域发展。

    2024年03期 No.459 33-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 917K]
  • 爆震发动机工程化发展研究综述

    李蕴;王惜伟;程文旺;田涛;

    爆震发动机是采用爆震燃烧循环的新型推进系统,可大幅提升发动机热效率、简化结构并降低成本,是未来空天推进领域的重要发展方向之一。分别梳理了脉冲爆震发动机、旋转爆震发动机和斜爆震发动机的原理特点与关键技术,回顾了国内外发展现状,提出了爆震发动机工程应用面临的核心难点。总结了国家主导的联合团队是美国爆震发动机研发的主要模式,论述了爆震发动机在装备保障、装备性能、装备平台等方面将为未来空中装备带来的颠覆性影响,指出了爆震发动机的不同应用场景。针对爆震发动机发展现状,提出了完善战略规划并加大投入、建立联合科研团队更合理高效统筹资源、尽快开展应用端(导弹、靶机等)演示验证、建设专有试验设施等未来展望与建议。

    2024年03期 No.459 42-57+70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1700K]
  • 多因素耦合下固冲发动机绝热层烧蚀模拟研究

    查小江;徐义华;杨志豪;陈官能;孙海俊;

    在经典硅基材料三层一面烧蚀模型的基础上,考虑气流剥蚀、高温粒子对材料的侵蚀以及表层熔融SiO2的蒸发流失,引入膨胀系数,并采用固体、多孔介质分区计算、边界以温度耦合的数值处理方法,建立各因素耦合作用下绝热层综合烧蚀模型;模型计算结果与文献实验结果相对误差在-9.29%~9.75%之间浮动,表明模型具有较高的精度;参考实验参数,对含凝相环境、富氧环境参数下材料烧蚀进行数值计算,探索了冲压发动机补燃室绝热层温度、孔隙率、质量烧蚀率以及线烧蚀率的变化规律;分别以温度、压强、燃气速度、粒子浓度以及富氧度等环境参数为变量进行数值计算,结果能够为固冲发动机绝热层烧蚀预测提供一定参考。

    2024年03期 No.459 58-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
  • 网格加筋结构轻量化设计多层级优化策略研究

    邵泽山;关成启;吴东涛;

    针对工程中网格加筋结构轻量化设计的传统直接优化策略所面临的计算成本高与求解效率低的问题,基于不同的设计变量分类方式,提出3种多层级优化策略,即双层级、三层级和四层级优化策略。通过直接优化策略与3种多层级优化策略算例,从优化效果、收敛速度和所需迭代次数方面对四种优化策略进行对比研究。结果表明:在网格加筋结构的轻量化设计问题中,多层级优化策略比直接优化策略更高效;优化算例中,综合考虑优化效果、收敛速度和所需迭代次数,按尺寸类和形貌类参数分类的双层级优化策略具有优势。

    2024年03期 No.459 71-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1026K]
  • 基于燃油介质的复合热防护结构换热特性研究

    史晨曦;刘鹏;刘迪;李晶;

    为了探究应用于高速长时飞行器外表面防热中的主被动复合热防护结构的换热特性,提出了以燃油为冷却介质的主被动复合热防护方案,以典型基元结构为对象,采用了非定常有限体积法,进行了主被动复合热防护方案换热特性研究,获得了不同工况下结构温度分布、换热特性等瞬态热响应行为,给出了影响主被动热防护设计的因素和规律,为优化热防护设计提供了支撑。研究表明:主被动复合热防护方案较纯被动热防护方案在防热效果、质量成本、容积占比方面有着明显的优势,是一种应用前景广阔的热防护方式。

    2024年03期 No.459 80-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1745K]
  • 高超声速风洞蓄热式加热器的蓄热体热应力数值模拟

    林源;杨武青;胡祥龙;曹凯;张聘龙;戴煜;

    在高超声速风洞中,采用蓄热式加热器是获得高焓纯净来流气体最具优势的方法之一。针对高超声速风洞蓄热式加热器在长时间运行过程中存在蓄热体开裂损坏问题,采用ANSYS workbench软件对该开裂现象进行了热应力场的数值模拟,并分析了裂纹的形成机理及其影响因素。模拟及分析结果表明,蓄热体裂纹产生的主要原因是蓄热体开孔布局不合理导致的局部高温热应力作用;蓄热体开裂是由于疲劳断裂产生的,在长时间运行过程中最大热应力值已超过其抗弯强度。通过对比分析,数值模拟结果与蓄热体实际损坏情况相一致,说明数值模拟的结果准确反映了蓄热式加热器中蓄热体产生裂纹的原因。此外,对蓄热体的改进优化及未来研究方向提出3点建议,可为高超声速蓄热式风洞加热器中的蓄热体工程设计与改进优化提供参考。

    2024年03期 No.459 93-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1172K]
  • 系留气球结构参数对稳态响应的影响研究

    庞策;王谦;杨纯祎;姜毅;何泽青;

    针对系留气球系统结构参数对系留气球稳态响应影响的研究不足,本研究应用CFD方法计算出外部稳定流场作用于系留气球体心的稳态气动力系数,采用“弹簧-质点”模型对缆绳进行数学建模,建立了系留气球系统稳态平衡方程,并给出求解方法以及通过实验验证了其正确性,分析了载荷重心位置、球体初始俯仰角以及主系点位置等参数对系留气球稳态响应的影响规律。得出系留气球在风场中理想的稳态响应为俯仰角随着风速增大而不变或略微减小,并对此提出新的球体气动特性优化设计要求:在保证气动力系数尽可能小的前提下,通过优化球体形状使得升阻比增大、俯仰力矩系数减小。

    2024年03期 No.459 103-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1456K]

开发与应用

  • 杆式破片对高空气球膜体损伤影响因素分析

    高燕婷;张国伟;何瑞龙;雷文博;

    随着现代科技的发展,高空气球在民、军用领域应用极其广泛,同时也造成了颇多隐患。该研究主要通过数值模拟的方式揭示了高空气球在杆式破片冲击下的损伤规律及破坏形式,从而进一步分析了杆式破片在不同长径比和速度下对高空气球膜体损伤性能。结果表明:(1)气球膜体可以抵挡50 m/s以下的破片冲击,速度不足50 m/s时,只能由端面对气球膜体造成小破口;速度达到50 m/s时,方可将气球膜体穿透,且速度越高所造成的破坏面积越大。(2)杆式破片长径比增大会造成气球膜体的整体损伤面积变大,但对气球膜体被冲击的速度方向的位移量的影响不大。该研究可为民用和军用领域打击违规施放的高空气球提供一定的理论依据和技术支撑。

    2024年03期 No.459 113-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1062K]

  • 《空天技术》征稿启事

    <正>《空天技术》由中国航天科工集团有限公司主管、北京海鹰科技情报研究所主办,是双月刊,中文核心期刊,中国科技核心期刊,RCCSE中国核心学术期刊,被中国科学引文数据库(CSCD)核心库、荷兰SCOPUS数据库收录,被《中国核心期刊(遴选)数据库》《中国学术期刊(光盘版)》《世界期刊影响力指数(WJCI)报告(2023版)》收录,入选《兵器科学与技术(武器工业)领域高质量科技期刊分级目录(2022版)》。

    2024年03期 No.459 125页 [查看摘要][在线阅读][下载 363K]
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