文章对某钢-混组合梁斜拉桥进行了风致抖振响应分析。首先通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析得到静力三分力系数,再分析桥址风场资料并根据规范采用风谱,利用谱分解法得到风谱时程,基于准定常气动理论将得到的风谱时程转换为气动力时程。通过编程软件与有限元软件结合来模拟求解桥梁自然紊流风场下的抖振响应。结果表明桥塔在最大悬臂状态出现最大抖振内力与位移RMS值;梁体在+3°攻角工况下有最大响应,最大悬臂阶段在边跨1/2处有最大位移RMS值,在中跨1/4处截面有最大内力RMS值;成桥阶段在主跨跨中有最大位移RMS值,在塔1处截面有最大内力RMS值;经分析该桥具有良好的抗风性能。

文章介绍了为解决生产现场钢丝拉拔上料穿线需要爬高作业、存在安全隐患等问题,将固定立式放线架改造成气动悬臂式立式放线架。改进后实现了作业人员地面完成上料穿线作业,减少了一项三级危险源,同时节约上料时间,提高了生产效率。

采用风洞试验方法研究高层建筑外附雨篷的风压特征,分析风压系数、风压相关性、非高斯性和整体升力系数随风向角的变化,给出围护结构的设计风压,最后研究倾角和出挑长度对整体力系数的影响.研究发现,高层建筑外附雨篷上表面风压系数在正迎风时最大值接近1.4,系气流受到后方高层建筑的阻挡下翻导致;上、下表面的最大整体压力系数出现正迎风情况,最大值分别为1.24和0.76;上、下表面的最大整体升力系数出现侧风面,最大值分别为1.13和1.01;上下叠加后测点风压的非高斯性比单表面增强;上表面和下表面的升力系数在0°~70°风向呈现高斯分布,在80°~180°风向呈现较强的非高斯分布;高层建筑外附雨篷上表面的极值正压大于下表面;雨篷整体升力系数按照倾角-10°、0°、10°依次递增.

目前高层建筑火灾频发,高层火灾扑救存在很多难题。因此,该文研发了一款气动式高层建筑智能高效抛射灭火装置。该装置通过PLC与显示器、电机旋转编码器、自动调压阀的协同运作,完成装置的自动调压、自动调角,采用无火药的气动发射方式从远距离将装有灭火剂的灭火弹一键投送到火场内部弥散灭火,提高了装置智能化水平,弥补了当今灭火装备的不足。该装置可将现场采集的风速、风向进行优化处理,自动调整气压、角度至最优抛射状态,操作简单、精准性高,大大减少了传统抛射装置试错所耽误的救援时间,使抛射灭火效率得到提升。

本文结合FFD几何外形参数化、径向基函数网格变形技术、基于GPU的CFD数值模拟方法、代理模型优化算法等优化设计方法,构建了高效气动布局优化设计系统,利用该系统进行了高超声速变构型飞行器气动布局优化设计。选取高超声速变构型飞行器机翼上、下表面各30个控制点作为优化设计变量。优化外形在外翼回收段升力系数基本保持不变,阻力系数减小了0.001238,相对减少量为5.6%;外翼展开高速巡航段升力系数和阻力系数相对于初始外形变化较小,其升阻比增加了0.005,相对增加量为0.12%。

针对高超声速变外形飞行器变形带来的参数摄动大、变形过程建模难、外界干扰复杂等大不确定问题,研究了一类可变后掠飞行器建模与姿态控制问题,设计了一种有限时间控制方案。针对变外形飞行器建立了带有变形量的面向姿态控制的三自由度模型,该模型能够反映出变外形飞行器的内在影响。分析了变外形飞行器在典型状态下的气动特征,并给出了连续变形关键气动数据可行处理方案。针对可连续变形的飞行器设计了一套有限时间控制方案,并证明了系统稳定性。进一步考虑控制律中用到的指令微分项,设计了有限时间指令收敛滤波器。利用扩张状态观测器,估计不易测量状态和“综合扰动”。以考虑复杂干扰下的高超声速变外形飞行器为对象进行仿真,结果表明所设计的控制方案可解决不同变形速率下、存在复合干扰的飞行器姿态控制问题。

本文对高超声速情报、监视及侦察(ISR)飞机概念外形进行了初步设计。在乘波前体、中部机身、高超声速机翼以及机身尾部设计的基础上,建立了高超声速ISR平台一体化基准外形,对基准外形在设计状态和非设计状态下的气动性能进行了分析,并对概念方案满足设计需求情况进行了验证。结果表明,高超声速ISR平台气动外形在设计状态下的升阻比为4.8822,升阻特性满足设计需求,当升力等于2.0×105N时,阻力小于4.2×104N。高超声速ISR平台基准构型在设计状态下的气动性能比较稳定,在研究的非设计范围内,气动系数随飞行马赫数和高度的变化都不大,具有在广域宽速范围内工作的能力。

本文梳理了高超声速飞机总体气动布局的设计因素变化情况,完成了对某高超声速飞机概念方案和美国洛克希德马丁(简称洛马)公司提出的SR-72高超声速飞机方案的分析,总结出高超声速飞机总体气动布局设计的多个矛盾点,以现有方案数据为基础,创新性地提出了综合考虑升力机制、焦点变化、动力形式变化、内部容积等因素的高超声速飞机总体气动布局的综合设计思路,提出了高超声速飞机设计的重点关注领域和关键问题,为我国高超声速飞机的研究工作提供了参考和发展建议。

变体飞机能够改变自身外形适应不同的飞行状态,为了提升某高超声速飞行器的气动性,研究机翼变后掠方案和延伸机翼后缘变形方案对该飞行器气动性的影响。获得不同变形机翼的高超声速飞行器三维模型,基于k-ε湍流模型,对高超声速飞行器三种外形情况分别进行外部绕流流场的数值模拟,分析其在不同攻角下、不同机翼变形方案下的气动特性。结果表明变后掠机翼方案在该高超声速飞行器设计工况下无法实现提高整机升阻比的目标,而直接延伸机翼的变形设计可以在设计工况下提高高超声速飞行器的气动特性。

针对表面催化效应对高超声速飞行器气动热影响显著且难以准确预测的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,建立了含物理/化学吸附、Eley-Rideal(ER)和Langmuir-Hinshelwood(LH)复合的有限速率四步表面多相催化模型.基于该模型进行了高超声速圆柱绕流数值模拟,分析了物理和化学吸附位覆盖率对高焓空气流场表面催化反应速率和气动热的影响.结果表明所发展的催化模型可有效提升气动热预测精准度;受各吸附、复合反应过程的交叉影响,表面覆盖率对气动热的影响是非线性的.所建模型基于真实的物理过程,能够反映材料催化属性的差异,可为高超声速飞行器热防护系统的轻量化、低冗余设计提供理论支撑.