为最大程度降低补汽阀开启对轴系稳定性的影响,针对2种不同的补汽系统,采用数值模拟、气动试验、现场试验的方法进行了分析研究。研究表明单阀补汽系统在不同的补汽阀开度下,其左、右两侧出口流量波动变化;在单阀补汽系统的补汽阀出口两侧增加整流装置后,1号轴承振动的性能有很大的改善;调节双阀补汽系统的2个补汽阀开度,可以使机组轴系良好运行,并可以实现更大比例的补汽流量,适应当今机组宽负荷高效率的要求。研究成果可为后续的汽轮机设计和运行维护提供支持。

风力机朝着大型化方向发展,20MW以上海上超大型风力机即将面世。叶片r>0.6R段为风力机出功的主要部位,该部位翼型气动性能的优劣直接影响着发电量,然而叶片表面污染会引起气动性能下降,导致发电量减少,因此在设计叶片主要出功段翼型时必须考虑翼型的抗污特性。本文根据20MW超大型风力机结构要求和运行工况,以风力机叶片常用翼型DU93-W-210和DU91-W2-250为基本翼型,利用XFOIL几何造型工具,通过在小攻角附着流动条件计算精度较高的RFOIL软件,计算气动性能参数和抗污特性评价指标值,在Re=1×107和Re=2×107下分别设计和筛选得到了叶片0.8R~1.0R和0.6R~0.8R区域抗污特性和综合气动性能俱优的YCU20-W-210和YCU20-W-250两个翼型,可为超大型风力机叶片翼型设计提供借鉴和选用。

针对超低轨卫星姿态控制差异化需求,开展了基于气动舵机辅助的姿态控制策略研究。完成了超低轨道稀薄大气下卫星气动舵机布局设计与气动特性研究,理论气动力可达10-1 N量级,气动力矩可达10-1 Nm量级。在此基础上,完成了基于气动舵机辅助的姿态控制策略研究。通过仿真验证,在x轴采用动量轮控制、y轴和z轴采用气动舵机辅助控制情况下,可实现优于0.004°的三轴指向精度和优于0.0007(°)/s的三轴姿态稳定度。所设计气动舵机辅助姿态控制策略对超低轨卫星技术应用与发展具有重要技术价值和工程意义。

针对超低轨卫星所受气动力显著的特点,提出一种利用气动舵的气动力辅助轨道控制方法。通过分析大气旋转、卫星所处空间位置以及气动舵偏转角度对气动力的影响,对提出的轨道控制方法进行了优化。该方法通过调整气动舵产生连续微小的气动力对卫星轨道进行控制,使各轨道要素均保持在误差容限范围内。将其应用于太阳同步轨道上的对地观测卫星,仿真结果表明,该方法可以在卫星姿态保持三轴对地稳定的前提下,实现轨道保持控制,保证任意纬度下卫星实际位置与标称轨道位置偏差在给定范围内。

以180~300 km超低轨卫星为研究对象,采用自由分子流模拟方法中可准确模拟三维复杂外形的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法研究了典型外形的气动阻力特性.通过不同速度率条件下圆球和平板的理论阻力系数及不同速度率下70°钝体外形的气动实验数据与DSMC计算结果的比较,验证了三维DSMC方法对外形和网格的适应性.针对几类典型的卫星外形的阻力特性进行了计算比较,得出压差阻力、剪切阻力、总阻力及无量纲阻力系数随高度和外形的变化特性.超低轨卫星通过外形的优化设计可降低阻力约10%,能够有效改善其在轨运行特性,且可降低对卫星自身相关系统的设计需求.

超高输电铁塔在保障居民和工业生产电力供应中起到了重要作用,由于其极高的高度,在风荷载作用下产生的气动噪声问题不容忽视。本文针对铁塔气动噪声问题,讨论了几种现有的圆柱气动噪声被动控制方案,并提出了一种波状柱体被动控制降噪设计方案。分别建立圆柱与波状柱体三维流场模型,进行了基于LES方法的流场计算与气动噪声计算。结果表面,尾部加挡板的圆柱低频降噪的效果有限,尾部开槽的圆柱次之,圆柱表面加螺旋线的方案最优,其能够在全频段上降低气动噪声;波状柱体与圆柱体结构的涡量均沿展向分布,但波状柱体的涡量小于圆柱体结构,其波状构型在流场中起到了流动控制的作用;相比于圆柱结构,波状柱体结构的声压级受流场位置影响较小、整体波动较小。分析存在峰值的局部低频段可知,波状柱体结构的声压级曲线更为平滑,相对圆柱体......

临近空间超高速飞行器在飞行过程中受到外部干扰作用时会出现大迎角飞行姿态,此时需大角度偏转全动平尾进行配平,带来平尾大迎角下的气动弹性问题。采用计算流体力学/计算固体力学/计算热力学(CFD/CSD/CTD)耦合方法分析了一种超高速飞行器全动平尾的气动弹性特性,重点研究了大迎角下平尾的气动响应及结构变形特点。结果表明各迎角时的气动力曲线均出现波动,随时间变化逐渐衰减至平衡位置。迎角越大,初始振幅越大,气动力系数减小的比例越大,但随时间衰减得越快。平尾存在弯曲/扭转耦合现象,结构变形导致表面压力分布发生变化,使得整体压力减小、升力系数降低,迎角越大现象越明显。平尾最大应力在迎角30°时达1.2 GPa,已达到所用镍合金材料的屈服强度极限。应在结构设计时在翼轴与平尾接触部位附近加强,或在控制方案设计时限制全动平......

超高压工况下,气动特性分析需考虑真实气体效应。针对超高压驱动系统的气动参数计算问题,提出一种以质量方程和能量方程为基础,联立实际气体状态方程的超高压气动特性分析方法。引入喷管背压和元件传热等边界条件,以及初始热力状态条件,再结合活塞阀门控制规律等,建立了超高压驱动系统气动特性分析模型。对长行程活塞式超高压驱动系统在基准条件下进行气动参数计算,通过对运行特性进行评估,得到的计算结果满足设计指标。

运用数值模拟研究进口干度对超临界二氧化碳压缩机气动性能的影响,着重对比分析了不同进口干度时叶顶间隙流动的形态特征。结果表明随着进口干度减小,超临界二氧化碳压缩机的最高效率点对应的流量增大,效率峰值升高,压比增大,喘振裕度增大;在设计流量及小流量工况时,效率随进口干度的减小而降低;在大流量工况时,效率随进口干度的减小而升高;当叶顶间隙为进口叶高的5%时,在相同工况下,进口干度越小,叶顶泄漏流越强,易形成“二次泄漏”。

光学成像制导技术是精确制导武器研究的重要课题,气动光学效应的存在对制导精度产生严重的影响,使飞行器偏离目标位置,甚至脱靶。飞行器和来流之间的相互作用导致其周围流场结构非常复杂,激波、膨胀波以及湍流边界层的存在,使得流场的折射率在空间上分布不均匀,在时间上存在高频脉动。其中,边界层转捩过程引起的气动光学畸变是亟待解决的最大难题。边界层转捩过程是边界层由层流向湍流发展的过程,是一个多因素耦合影响的强非线性、复杂的流动现象,并且一直是湍流研究领域的热点问题。超声速边界层的转捩区具有非常强的非定常性、随机性,且脉动频率高,因此折射率分布极为复杂,光线透过后不仅会发生偏折,还会导致成像模糊和能量分散,严重影响成像制导的精度,通过光学校正的方法很难降低这种影响。本文试图通过延迟边界层转捩,......