超声速导弹飞行时面临严重的气动加热,弹头的热应力分析对其安全性至关重要。本文设计了导弹弹头的几何结构,采用四面体单元对其进行离散;考虑了SiC陶瓷材料性能随温度变化的影响,以4.3 Ma飞行环境的气动热为边界条件,建立了其热应力数学模型,进行了温度场与应力场的计算分析。结果表明,超声速弹头的气动热对结构的应力影响较大,驻点温度快速升高导致局部应力集中。本文研究结果可为超声速弹头的结构设计提供理论和数据参考。

为研究带舵机状态的全尺寸舵超声速颤振特性,设计了基于FD-12暂冲式亚跨超三声速风洞的舵面气动弹性试验平台,并采用亚临界颤振试验方法,开展全尺寸舵面安装在真实舵机舱状态下的实物颤振特性研究。试验中,马赫数Ma=1.5,采用固定马赫数连续变动压的风洞开车方式,应用3种亚临界颤振边界预测方法计算颤振边界。对加速度传感器测量得到的舵面振动响应数据进行颤振边界预测。结果表明采用Houbolt-Rainey、Peak-Hold、Zim-erman-Weissenburger方法预测得到的颤振动压分别为0.070、0.072、0.073 MPa,三者基本一致。

目前,火箭橇试验是飞行器空气动力学重要试验手段,然而强烈的地面与轨道干扰会影响试验的精度,甚至导致试验失败。采用尺度自适应SAS方法和基于铺层算法的动网格技术对不同马赫数下的超声速火箭橇滑行过程进行数值模拟,探究了超声速火箭橇的气动力致振机理。采用了数值风洞模拟方法对超声速火箭橇无限空间绕流和仅包含地面的橇体绕流进行仿真,分析了不同环境条件下的激波特征。结果表明超声速火箭橇的头激波传播至轨道和地面时会发生激波反射,反射激波的存在会导致超声速火箭橇产生升力,并带来阻力的略微增加;反射激波与轨道扣件的周期性碰撞使得其尾迹区具有非定常特征;火箭橇的气动力激励振动频率与尾迹波动频率一致,即气动力激励振动对非定常尾迹具有锁频现象。此外,压力信号的功率谱密度分析表明气动力激励振动存在谐声......

针对超声速火箭橇试验对被试品表面压力场分布高精度测试需求,提出了一种基于标定技术和数据算法优化处理的气动压力测试方法。该方法在气动压力特性高精度采集、存储测试、气密性检测的基础上,分析了温度对压力传感器响应特性的影响,通过测试系统构建和对压力传感器标定,建立了有关算法,并经过验证。结果表明,利用标定的数据通过数据处理算法修正,提高了测试精度。

本文采用LES/FW-H混合算法开展超声速欠膨胀喷流噪声模拟,研究了欠膨胀状态下喷流流场与声场特征,发现欠膨胀喷流核心区下游平均流向速度衰减较理想膨胀喷流减缓,而湍流速度脉动值增大。此外,欠膨胀喷流中激波波系/喷流剪切层干扰增大了作用点附近的高频和低频压强脉动值,其辐射的宽频激波噪声增强了侧向与上游方向的高频噪声。通过分解近场声场,并结合激波波系的捕捉结果,详细给出了激波泄漏产生宽频激波噪声的过程,揭示了宽频激波噪声的产生机理。

利用超声悬浮的方法为液滴提供静止、无接触初始条件,用高速摄影机拍摄液滴,研究不同直径乙醇液滴在Weber数5~90,脉冲气流冲击作用下的变形与运动特性。研究结果表明,随着韦伯数的增大,液滴先后产生常见的袋状破碎、袋状/蕊心破碎、羽状/液膜稀释破碎。不同破碎模式在本质上都是袋状破碎,包括边缘环袋破碎与液核多袋破碎。Weber数越大,边缘环袋破碎作用越弱,液核多袋破碎越占据主导地位。乙醇液滴的迎风面顶点纵向运动遵循匀加速规律,其无量纲位移与无量纲时间符合二次函数关系式。液滴在横向的扩散过程分为两个阶段一个是惯性控制阶段;另一个是毛细效应控制阶段。液滴未破碎时,其横向扩展无量纲直径与上述无量纲位移符合二次函数关系式,而破碎后二次液滴的无量纲扩散直径与毛细时间则符合线性关系式。

随着基于3D打印技术的再生医学概念被提出,生物3D打印技术得到了迅猛的发展。其核心思想是使用生物材料和细胞作为打印材料,通过使用3D打印技术在3D空间中构建类似组织的前体。但该技术目前仍然存在众多限制条件,如打印方式损伤性高、打印速度慢等。对此提出了超声振动辅助的打印方式,设计了气动式压电打印喷头。通过COMSOL Multiphysics有限元软件优化了集成压电换能器的3D打印机喷头结构,制备了一个打印头原型并进行测试,挤出测试结果表明,超声振动能够有效地提高挤出速度,从而达到提高打印速度的目的。

煤炭行业受到高质量浓度呼吸性粉尘危害严重,常规湿式除尘方法针对性不足、捕集效率低、能耗高、可靠性差。为解决该问题,提出超音速汲水虹吸式气动喷雾降尘技术,并采用夫琅禾费衍射原理,测定其外雾场粒径分布;采用计算流体力学有限元方法,利用COMSOL软件Spalart-Allmaras与液滴破碎雾化粒子追踪模块模拟研究了试验手段无法获得的喷管出口0~30 cm处的近场雾滴粒径、雾场速度分布特性。通过与超声波干雾抑尘技术的控尘对比试验,得出该技术的控尘特性、控尘机理;通过试验研究得到了不同工况参数、喷嘴出口锥度对雾化能耗和降尘速率的影响规律,研究结果表明所设计雾化降尘装置,在低至0.2 MPa的气动压力下,达到负压汲水虹吸的微米级、高动力雾化效果。在气动压力为0.6 MPa时,雾场粒径分布为1.00~21.87μm,喷嘴近场区域雾滴粒径10μm以下的数量浓度占......

本文基于经典梁理论(CBT),研究了在高超音速作用下,活塞气动力理论的非线性效应对纤维增强功能梯度材料(FGM)的颤振特性的影响。首先通过混合率模型来表征纤维增强FGM梁的材料属性,然后通过Hamilton原理推导出只考虑横向振动的纤维增强FGM梁的非线性气动弹性偏微分方程,利用Galerkin方法,把该方程转化为非线性常微分方程,再利用Hurwitz行列式,把该方程的求根问题用以判定Hopf分叉,得到不同温度应力下梁的无量纲临界流速和无量纲临界频率。最后通过Runge-Kutta法得到纤维体积分数和无量纲温升对无量纲临界动压的影响。

为探究煤炭生产过程中呼吸性粉尘难以捕捉且对人体造成伤害的问题,提出超音速水雾荷电降尘技术。基于荷电雾化机理,研究电极环直径、电极间距、电压3因素对超音速气动液滴荷电、雾化效果的影响。利用网状目标法测量雾滴群电流并计算荷质比,采用SPSS软件分析3因素与雾滴荷质比之间的相关性,并用激光粒度仪测量雾滴粒径。最后,采用最优荷电雾化参数进行喷雾降尘试验。研究结果表明各因素对荷电效果的影响次序为电压>电极间距>电极环直径;雾滴粒径随电压的升高而减小,随电极间距的增大先增大后减小,随电极环直径的增大先减小后增大;当电压12 kV,电极间距2.5 cm,电极环直径6 cm时,超音速荷电水雾降尘效果最佳,与普通水雾降尘相比,全尘降尘效率提高12.4%,呼尘降尘效率提高49.6%。