机翼带外挂高阶高频颤振特性研究

目的研究机翼带多外挂物引起的高阶高频颤振的特性,为类似事例提供参考。方法基于某飞机带多外挂物构形进行结构动力学建模与修正、颤振计算分析和低速颤振风洞试验,最终进行颤振飞行试验验证。结果颤振计算分析和低速颤振风洞试验,可以得出明显的以副翼旋转和机翼二扭为主的高阶高频颤振,颤振飞行试验随着速度的增加,频谱分析图中低频峰值逐渐减小,高频峰值不断明显,与风洞试验规律基本一致,有高阶高频颤振迹象。结论各种研究方法均可得出高阶高频颤振现象及其特点,基本证实高阶高频颤振的存在。     

逆断层作用下大口径薄璧管道安全性分析

针对逆断层错动易导致大口径薄壁埋地管道受压发生屈曲失效的问题,基于土弹簧壳耦合模型,考虑管土材料非线性及几何非线性,分析逆断层错动作用下大口径薄壁管道的力学响应,结合大口径薄壁管道的结构特点,研究了断层位错量变化时管道截面椭圆化变形与应变分布规律.研究表明,断层位错量较大时,大口径薄壁管很快进入非线性状态;在断层错动作用下,管道不仅会产生弯曲变形,而且截面会产生椭圆化变形;大口径薄壁管抵抗逆断层压缩载荷的能力较弱,设计中应尽量避免让管道受压.研究所得结论可用于大口径薄壁管道抗灾设计与防治措施制定.     

环境因素对长航时无人机机体结构复合材料的影响

从环境因素对复合材料作用和大展弦比结构影响等方面分析了长航时无人机机体结构复合材料在服役环境中的损伤。结合目前国内外研究现状,扼要叙述了环境因素对长航时无人机机体结构复合材料的影响研究领域当前的主要需求,提出了针对未来研究工作的若干建议。包括应以长航时无人机机体结构典型碳纤维增强树脂基复合材料和涂层体系为主要研究对象,开展跟随无人机的暴露试验和实验室模拟加速试验,研究复合材料在环境和载荷耦合作用下的力学性能变化,确定机体结构典型复合材料的损伤规律等。     

连续突风频域响应过程的时域等效模拟方法

目的在时域中模拟连续突风响应,比较常见的功率谱密度函数的时域数值模拟方法。方法构建民用飞机大展弦比单机翼突风响应计算模型,针对CCAR25规定的大气紊流功率谱密度函数,进行连续突风随机载荷计算,并直接为频谱分配随机相位,经傅立叶逆变换得到与连续突风随机计算使用的功率谱密度函数等效的突风时域激励,进行离散突风载荷分析,并与连续突风响应计算结果进行对比。结果比较机翼的弯矩、剪力及扭矩,离散突风载荷分析得到的弯剪扭载荷值与连续突风载荷分析得到的弯剪扭载荷值的偏差不超过3%。结论在功率谱密度函数等效的基础上,利用随机相位构造时域突风激励的方法快捷有效,能直观地显示随机突风激励下载荷响应的时域情况,便于进行时域中的非线性分析。     

燃烧室复杂结构的热振特性研究

目的提高复杂飞行器结构在服役过程中的安全性和稳定性问题。方法以复杂结构燃烧室为例,从数值模拟和试验两方面入手,研究不同工况下结构的动力学参数随温度变化的规律。结果随着温度的升高,模态频率呈下降趋势,模态阻尼呈升高、下降再升高的趋势,加热对结构的模态振型无影响。结论对于自由-自由状态的燃烧室结构,在加热的过程中,影响模态频率下降的主要因素是弹性模量的变化,热应力和几何非线性的变化可以不考虑。同时通过开展燃烧室结构的自由-自由状态热模态试验验证了数值模拟方法的正确性。     

考虑机翼柔性影响的发动机安装系统隔振设计研究

目的研究综合考虑安装系统的隔振效率、振型解耦、机翼柔性等因素影响的涡桨发动机安装系统隔振设计方法。方法首先对二自由度系统的动力学特性进行理论推导,得出机翼柔性在安装系统隔振分析中的重要性。进一步将弹性中心理论应用于发动机安装系统设计中,获得双平面五点式安装系统主要设计变量的优选参数。为分析柔性机翼对该设计过程的影响,利用有限元和多体动力学方法建立安装系统的刚柔混合计算模型,并进行分析。结果机翼阻尼对高频共振响应影响较大,垂向刚度比大于2时,安装系统取得较好的减振效果。结论综合考虑机翼柔性及振动解耦等因素的发动机安装系统隔振设计方法可以为航空发动机安装系统的工程设计提供参考。     

高温条件下高速碰撞试验技术研究

目的建立高温条件下结构的高速碰撞试验技术。方法基于理论和试验方法,研究影响试样加热/保温、碰靶速度和姿态的关键因素,利用次口径发射技术和电炉技术实现试样的加热、保温和加速。采用间接方法测试试样碰靶时的温度,联合应用次口径发射技术和靶体,控制试样的碰靶姿态,并利用高速摄影技术对其进行测试。通过薄壁圆柱筒的高温高速碰靶验证高温试验技术的有效性。结果建立了加热、加速和姿态控制一体化的高温高速碰撞试验技术,获得了不同尺寸薄壁圆柱筒不同姿态碰靶时的高温冲击动力学响应。正碰时,撞击端镦粗,尾端收缩,尾端的凹陷大于碰撞端的变形;侧碰时,圆筒呈马鞍状;角碰时的变形为楔形。随着圆筒的强度和刚度的降低,圆筒的变形增加,整体发生坍塌,出现大量的皱褶。结论建立的试验技术切实有效,可以用于高温条件下结构高速碰撞效应的研究。     

飞机颤振试飞操纵面脉冲激励响应仿真方法研究

目的实现颤振试飞操纵面脉冲激励响应仿真,预测操纵面脉冲激励结构响应。方法提出一种飞机颤振试飞操纵面脉冲激励响应仿真方法。该方法以飞机结构动力学有限元模型为基础,建立颤振试飞气动力模型和操纵面脉冲激励力模型。结果以上述模型为基础建立的飞机颤振试飞操纵面脉冲激励响应仿真模型,实现了颤振试飞操纵面脉冲激励响应仿真。首先建立了带副翼单机翼模型操纵面脉冲激励响应仿真模型,并实现了激励响应仿真分析,得到了结构响应幅值。结论开展了全机模型操纵面脉冲激励响应仿真分析,并将仿真结果与飞行试验结果进行对比,两者结果基本一致,验证了该方法的有效性。     

机翼前缘抗鸟撞设计中的结构选型研究

目的通过仿真及试验对比六种机翼前缘构型,为机翼前缘发图选型提供参考。方法以某型飞机机翼前缘结构选型设计为例,对其抗鸟撞性能进行分析。通过对比复材蒙皮蜂窝结构、复材蒙皮蜂窝加吸能板结构以及纯金属结构等不同结构形式的质量变化及抗鸟撞吸能特性,发现纯金属结构前缘抗鸟撞性能具有优势。结果试验数据与仿真计算结果谱型一致,试验曲线应变峰值为0.0108,仿真结果应变峰值为0.0103,两者相差仅5%。结论仿真计算有效,且符合预期要求。     

工程橡胶压缩实验和缓冲特性分析

目的研究天然橡胶、丁基橡胶和发泡橡胶等典型工程橡胶的压缩变形行为和缓冲特性。方法首先总结橡胶材料特性和工程案例,进行三类橡胶的准静态和动态压缩试验,获取材料的应力-应变关系和压缩特性。并以此为基础,给出橡胶缓冲特性表征方法,进而对比和定量分析不同橡胶的缓冲特性。结果压缩实验结果显示,不同橡胶材料的压缩变形行为基本一致。缓冲特性分析表明,在相同应变水平下,实心橡胶的缓冲吸能能力明显强于发泡橡胶,而在相同应力水平下,橡胶材料的缓冲吸能能力则与材料实际所处受力区域有关。因此,在工程中选取橡胶缓冲材料时,应当考虑其所处的应力环境。结论根据不同橡胶材料的缓冲规律给出其对应的冲击防护适用场景,以此形成判据,从而为橡胶防护结构材料的选择提供参考。     

小水滴在风洞气流中的跟随性

目的获得风挡加温除雨系统试验台翼型上喷雾喷头排列方式和风洞实验风速的最优组合,同时获得不同风速下小水滴在风洞沿程的跟随性和风洞出口截面上质量分数及均匀性等理论数据。方法采用数值模拟方法,对风挡加温除雨系统试验台的风洞和喷头部分进行建模仿真,模拟7个翼型上共60个均布喷头在4类不同进口风速、2类喷头喷速下的8种实验过程。结果得到小水滴在风洞不同实验条件下沿程跟随性的变化规律,同时得到风洞出口处小水滴的分布结果。结论风洞风速越小,喷头喷射发散性越好,而小水滴跟随性越差;反之,风洞风速越大,喷头喷射发散性越差,而小水滴跟随性越好。风洞出口小水滴质量分数随风速增大呈现先高后低的规律,而均匀性随风速增大而变好。     

汽车环境风洞地面区域流场数值仿真

目的 探究汽车环境风洞地面区域流场规律,获取风洞边界层抽吸装置的最佳抽吸率和底盘测功机对风洞地面区域边界层厚度、风速、总压和静压的影响规律,并比较MRF法和旋转壁面法对底盘测功机转毂转动模拟的精度。方法 运用计算流体动力学方法对汽车环境风洞流场进行数值仿真计算。结果 边界层抽吸装置对应于喷口风速120 km/h时的最佳抽吸率为0.048。底盘测功机区域总压呈现下降趋势。相比于存在底盘测功机,汽车环境风洞无底盘测功机时,底盘测功机区域内相同位置的边界层厚度会增加1.28～12.22 mm。在前转毂的前侧、上侧、后侧和后转毂的上侧和后侧会有一个高风速区域,区域内风速比设定风速高1%～4%,与无底盘测功机相比,区域内静压值低0.32～46.02 Pa。在前后转毂前侧和后侧与地面相连接的凹部会有一个低风速区域,区域内风速比设定风速低1%～5%,与无底盘测功机相比,区域内静压值高0.08～49.34 Pa。底盘测功机转毂的转动会使附近区域的地面边界层厚度变大。在前转毂前侧,采用旋转壁面法进行模拟比MRF法地面边界层厚度增加近8 mm,而在其他位置,2种模拟方法对边界层厚度的模拟差别在1.5 mm...     

数值风洞与物理风洞对烟塔合一排烟的比较研究

热电厂"烟塔合一"排烟技术因其初期投资和运行维护费用少,排烟效果好、SO2落地浓度低等优势,特别是在机场附近的净空限高和对景观环境有特殊要求的地区具有广阔的发展空间。目前国内外广泛使用的大气污染物预测模型——德国模式在烟塔合一排烟方式的预测上尚存在许多问题,如大风下洗条件下,冷却塔附近空腔区的大小和范围、空腔区污染物最大地面浓度等难以给出准确的预测结果。为准确预测烟塔合一排烟方式的大气污染物扩散情况,一种新的大气污染物扩散预测模式——数值风洞模型以及物理风洞实验被用于模拟烟塔合一的环境影响,分析数值风洞模式和物理风洞实验在大气环境预测领域应用的适用性和优缺点。2个预测方法的结果表明:在烟塔合一排烟方式下,大气污染物最大落地浓度随风速增加而增加同时在冷却塔下风向存在负压区,污染物在该区域高浓度聚集。对2种方法进行比较,物理风洞实验由于受到物质和气象等条件的限制,无法得到精确的预测结果以及无法直观地描述空腔区的产生和变化规律。而数值风洞模拟具有更大的自由度和灵活性,预测出在夏季6 m/s风速下,冷却塔下风向最大落地浓度出现峰值,属于最不利的气象条件。同时该方法可利用图形化手段实现对空腔区产生、变化、破碎至再生成的全过程描述,从而建立了一种大气污染预测的重要手段。     

地面风场风速测量标准装置性能测试分析

针对地面风场风速测量标准装置应用需求,对风速测量标准装置试验段流场的稳定度、气流湍流度、气流偏角、风洞噪声等主要性能指标开展了逐个测试,并对测试结果进行了分析研究,结果表明主要性能指标满足设计和应用要求。     

一种基于燃烧器的热风洞控制系统设计与验证

目的 研究一种基于燃烧器的热风洞控制系统,重点对其空气流量及温度控制开展研究。方法 对于暂冲式气源,压力持续下降容易导致流量不稳定,而流量对温度控制存在耦合关系,因此提出基于解耦的双回路PID控制策略。针对大流量气路调节阀动态特性差的问题,提出带辅助气路的双路协调控制策略。通过AMESim和MATLAB联合仿真,建立热风洞试验系统的模型,分析热风洞控制系统的动态特性。基于cRIO平台构建控制器,对热风洞开展实际的控制试验。结果 空气流量稳态误差不大于2%,温度波动不大于1%,稳定时间>25 s,达到了热风洞设计和使用要求。结论 空气流量、燃油流量等因素均对出口温度有较大影响,采用空气流量和温度的综合控制策略,能够实现空气流量控制及在不同空气流量下的温度控制,并维持较长时间的稳定状态。     

Wind tunnel simulation of airflow and pollutant diffusion over complex terrain

A wind tunnel simulation of airflow and pollutant diffusion has been conducted for Mt. Tsukuba, a rather isolated mountain. the wind tunnel simulation was carried out in the Thermally Stratified Wind Tunnel of the National Research Institute for Pollution and Resources. The scale of the topographic model was 1/7500 for the horizontal and 1/5000 for the vertical. A nocturnal inversion was simulated in the wind tunnel by heating the airflow to 40°C and chilling the floor of the test section at 10°C. The wind tunnel free stream speed was 0.5 m s⁻¹. The airflow was found to be satisfactorily simulated in the wind tunnel.The upstream flow stagnation, the dividing streamline and the wake in the lee of the mountain were reproduced.     

广州地区灰霾与清洁天气变化特征及影响因素分析

利用2006~2010年广州气象站逐时地面风场、湿度、能见度观测资料和2006~2009年珠江三角洲其他33个地面观测站风场观测资料,通过对灰霾与清洁天气过程的风速风向进行统计分析与矢量和分析,研究了广州地区灰霾与清洁天气过程的变化特征及影响因素.结果表明:灰霾天气过程在干季发生较频繁,主导风向为东南及东南偏南风,风速一般在1.5m/s以下,静风频率大于多年静风频率;灰霾天气过程风矢量和较小,扩散条件较差.清洁天气过程主要出现在湿季,风速普遍较大且主导风为东南及东南偏南风,干季也可以出现清洁天气过程,主要为较强的北风及偏北风;清洁天气过程风矢量和较大,有较强的平流输送.     

The effect of a precipitation gauge orifice rim on the wind field deformation as investigated in a wind tunnel

The ASTA precipitation gauge has shown systematically less precipitation than the Hellmann gauge. To explain the deficit, wind speed and turbulence intensity profiles above the orifice of both gauges have been measured in a wind tunnel. They showed greater values of wind speed increment and smaller values of intensity of turbulence for the ASTA gauge. This indicates that the deficit is due to the larger wind field deformation above the ASTA gauge. The reasons for this are the bigger orifice rim and the bird protection ring used occasionally on this gauge. The effect of turbulence intensity with respect to the deficit has not been explained as yet.     

汽车环境风洞降雨模拟影响因素研究

目的 研究自然界降雨量与汽车环境风洞模拟降雨量之间的关系,得到中国气象条件的雨量设定经验公式,为汽车环境风洞模拟降雨量的设定提供理论依据。方法 理论分析自然界气象降雨和汽车环境风洞模拟降雨的特点和差异,研究影响汽车环境风洞模拟降雨量的因素。结果 在无风条件下,影响汽车环境风洞降雨量的因素有气象降雨量、前挡风玻璃倾角、雨滴直径和车速等。按照车速将降雨分为汽车停止和汽车行驶2种模式,提出结合中国气象条件的汽车环境风洞模拟降雨量的经验公式。结论 在相同降雨等级下,汽车停止状态下的汽车环境风洞降雨量一般大于车辆行驶状态。在气象降雨量等级为短时中雨时,行驶汽车的雨量设定值与车速呈指数增长关系。