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美国自适应循环发动机的发展历程 被引量:1
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作者 郝旺 刘永泉 +2 位作者 王占学 张晓博 李大为 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1-20,共20页
自适应循环发动机以其高效的涵道比调节能力和良好的流量保持能力,成为下一代战斗机和未来超声速客机的理想动力装置。鉴于美国在自适应循环发动机领域长期保持领先地位,本文将美国自适应循环发动机的发展历程分为4个阶段,叙述了美国一... 自适应循环发动机以其高效的涵道比调节能力和良好的流量保持能力,成为下一代战斗机和未来超声速客机的理想动力装置。鉴于美国在自适应循环发动机领域长期保持领先地位,本文将美国自适应循环发动机的发展历程分为4个阶段,叙述了美国一系列军/民用研究计划下自适应循环发动机的发展历程、技术关联和结构特点,梳理出自适应循环发动机的基本结构形式,总结了总体性能设计、进气道/发动机匹配、低排放、低噪声、先进材料和增材制造等自适应循环发动机的关键技术及发展历程,从而为我国自适应循环发动机的发展提供一定的参考。 展开更多
关键词 自适应循环发动机 发展历程 结构特点 关键技术 综述
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基于内嵌物理约束神经网络模型的航空发动机数字工程模型 被引量:3
2
作者 林志富 肖洪 +1 位作者 王占学 张晓博 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期49-60,共12页
基于数字化模型的航空发动机故障诊断与健康管理系统是航空发动机数字化智能化的重要应用,用于航空发动机状态监测和性能预估的数字化模型是健康管理系统的核心之一。本文给出了一种融合航空发动机领域知识与神经网络模型的策略,构建了... 基于数字化模型的航空发动机故障诊断与健康管理系统是航空发动机数字化智能化的重要应用,用于航空发动机状态监测和性能预估的数字化模型是健康管理系统的核心之一。本文给出了一种融合航空发动机领域知识与神经网络模型的策略,构建了内嵌物理约束的神经网络架构,基于该架构建立了用于航空发动机推力预估的数字模型。此外,给出了一种特征筛选方式,并利用不同数据集对模型进行了验证。计算结果表明:数字模型推力预估的平均相对误差和峰值相对误差均小于常规神经网络模型。在一定的模型规模下,基于架构的数字模型的峰值相对误差仅为常规神经网络模型的1/4。通过物理约束,克服了数据驱动模型对大数据的依赖,指导了神经网络层的超参数设置。 展开更多
关键词 航空发动机 数字工程模型 内嵌物理约束神经网络 性能参数预估 特征处理
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基于多代理模型的航空发动机建模及优化方法 被引量:3
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作者 叶一帆 王占学 张晓博 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期2684-2693,共10页
为了进一步提高组合模型的模型精度,提升基于代理模型的优化方法的性能,本文发展出了一种新的平均组合代理模型,并将其与EGO优化方法相结合,通过六个解析算例对本文发展的建模方法和优化方法进行了测试。结果表明:本文发展的建模方法相... 为了进一步提高组合模型的模型精度,提升基于代理模型的优化方法的性能,本文发展出了一种新的平均组合代理模型,并将其与EGO优化方法相结合,通过六个解析算例对本文发展的建模方法和优化方法进行了测试。结果表明:本文发展的建模方法相较于现有方法精度更高,所发展的优化方法相较于经典代理模型优化方法算法收敛性更强。同时变循环发动机稳态性能建模及加速燃油控制规律优化实例表明,本文发展的方法在处理实际工程问题时依旧可以表现出良好的算法性能。 展开更多
关键词 燃气涡轮发动机 建模方法 优化方法 多代理模型技术 稳态性能建模 燃油控制规律优化
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变循环涡扇冲压组合发动机发展现状及关键技术分析 被引量:10
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作者 王占学 张明阳 +1 位作者 张晓博 周莉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1921-1934,I0002,共15页
总结了国内外变循环涡扇冲压组合发动机的发展现状,对比分析了有/无能量传递构型的变循环涡扇冲压组合发动机的工作原理及优缺点。提炼了变循环涡扇冲压组合发动机的关键技术,包括总体性能仿真技术、高速宽工况风扇设计技术、加力/冲压... 总结了国内外变循环涡扇冲压组合发动机的发展现状,对比分析了有/无能量传递构型的变循环涡扇冲压组合发动机的工作原理及优缺点。提炼了变循环涡扇冲压组合发动机的关键技术,包括总体性能仿真技术、高速宽工况风扇设计技术、加力/冲压燃烧室设计技术、热管理系统设计技术以及模态转换设计技术。基于国内需求和相关技术研究现状,给出了变循环涡扇冲压组合发动机后续重点研究方向的建议,包括发动机总体性能设计与仿真工具、发动机多设计点多学科耦合设计方法、发动机热管理系统设计与仿真建模以及关键部件的设计与试验。 展开更多
关键词 变循环 涡扇冲压组合发动机 发展现状 关键技术 综述
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旁路放气循环高速单轴涡喷发动机安装性能模拟 被引量:2
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作者 张明阳 王占学 +1 位作者 张晓博 周莉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1201-1209,共9页
针对Ma3.5旁路放气循环单轴涡喷发动机,提出一种压气机旁路放气计算方法,建立基于进/排气系统特性数据库的涡轮发动机安装性能计算模型,分析压气机旁路放气对压气机共同工作线和发动机高空高速推力性能的影响,给出压气机旁路放气量的调... 针对Ma3.5旁路放气循环单轴涡喷发动机,提出一种压气机旁路放气计算方法,建立基于进/排气系统特性数据库的涡轮发动机安装性能计算模型,分析压气机旁路放气对压气机共同工作线和发动机高空高速推力性能的影响,给出压气机旁路放气量的调节原则,计算发动机安装性能、进/排气安装阻力沿飞行轨迹的变化规律。计算结果表明:当飞行马赫数大于2.3后需打开压气机旁路放气,旁路放气阀门面积和放气流量均随着飞行马赫数的增大基本呈线性增大趋势;通过压气机旁路放气,可显著改善单轴涡喷发动机在高空高速飞行条件下的稳定性和安装推力性能,在飞行马赫数3.0附近,可实现安装推力提高30%以上;在跨声速至飞行马赫数2.0区间内,推力安装损失最大,约为非安装推力的25%~30%。 展开更多
关键词 旁路放气循环 高速 涡喷发动机 安装性能 数值模拟
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变循环发动机模态转换建模及控制规律设计方法研究 被引量:12
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作者 郝旺 王占学 +2 位作者 张晓博 周莉 王靖凯 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期72-81,共10页
为了实现变循环发动机快速可靠的模态转换,发展了变循环发动机模态转换过渡态模型及控制规律设计方法。在变循环发动机动态数值仿真程序的基础上,针对模态选择阀与涵道引射器这两个模态转换过程中的关键变几何部件,建立了高精度的气流... 为了实现变循环发动机快速可靠的模态转换,发展了变循环发动机模态转换过渡态模型及控制规律设计方法。在变循环发动机动态数值仿真程序的基础上,针对模态选择阀与涵道引射器这两个模态转换过程中的关键变几何部件,建立了高精度的气流突扩局部损失模型。首次提出了可考虑模态选择阀堵塞对发动机性能影响的模态选择阀堵塞模型,消除了由于模型不精确造成的模态转换参数波动。在建立的变循环发动机数学模型的基础上,提出了基于直接推力控制技术的模态转换控制规律设计方法,考虑了变循环发动机的8个可调参数,采用差分进化算法对模态转换过程进行了优化。结果表明,本文提出的模态转换控制规律设计方法可以实现变循环发动机快速平稳的模态转换,双外涵转单外涵的参数变化规律与单外涵转双外涵的参数变化规律基本类似,推力在0.6s就稳定在目标推力值,其余参数大多在1.4s之后才趋于稳定。本文提出的变循环发动机模态转换控制规律设计方法还可应用于常规航空发动机的加/减速过渡态控制规律设计中。 展开更多
关键词 变循环发动机 模态转换 数学模型 差分进化算法 控制规律设计
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基于自适应差分进化算法的变循环发动机模型求解方法研究 被引量:7
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作者 郝旺 王占学 +2 位作者 张晓博 周莉 王为丽 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2011-2021,共11页
为了降低传统迭代算法在求解变循环发动机非线性模型时对初值的依赖性,将模型的求解问题转换为求最小值的优化问题,引入差分进化算法进行模型的求解,并提出一种自适应差分进化算法。自适应差分进化算法借助轮盘赌选择法,利用种群的进化... 为了降低传统迭代算法在求解变循环发动机非线性模型时对初值的依赖性,将模型的求解问题转换为求最小值的优化问题,引入差分进化算法进行模型的求解,并提出一种自适应差分进化算法。自适应差分进化算法借助轮盘赌选择法,利用种群的进化经验可以自适应地选择最适合当前种群的差分策略与算法控制参数。针对变循环发动机四个典型工作点的模型求解问题,研究了标准差分进化算法的控制参数对其性能的影响,获取了标准差分进化算法在求解四个典型工作点时的最优控制参数组合,对比分析了自适应差分进化算法与标准差分进化算法的性能差异,最后研究了种群规模对自适应差分进化算法性能的影响。结果表明:标准差分进化算法在求解发动机模型时具有较好的鲁棒性,在求解不同工作点时算法的最优控制参数并不完全相同;相比于使用最优控制参数的标准差分进化算法,自适应差分进化算法可以在不影响算法鲁棒性的情况下提升效率50%以上;减少自适应差分进化算法的种群规模会在提升算法效率的同时破坏鲁棒性。 展开更多
关键词 变循环发动机 模型求解 非线性方程组 差分进化算法 自适应机制
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部件三维仿真模型与发动机循环参数分析的耦合方法研究 被引量:4
8
作者 宋甫 周莉 +2 位作者 王占学 张晓博 郝旺 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期80-87,共8页
为了将基于部件三维仿真模型获取的部件工作特性耦合于发动机循环参数分析,提高整机性能预估的可信度,提出了改进完全耦合方法。结合核心机驱动风扇级(Core driven fan stage,CDFS)三维仿真模型和变循环发动机(Variable cycle engine,V... 为了将基于部件三维仿真模型获取的部件工作特性耦合于发动机循环参数分析,提高整机性能预估的可信度,提出了改进完全耦合方法。结合核心机驱动风扇级(Core driven fan stage,CDFS)三维仿真模型和变循环发动机(Variable cycle engine,VCE)零维仿真模型,使用迭代耦合和改进完全耦合方法建立了VCE多维度仿真模型,研究了修正因子计算方法及边界参数松弛处理方法对VCE多维度仿真模型的影响,对比了迭代耦合与改进完全耦合方法的差异。结果表明,采用改进完全耦合方法时,直接将基于部件高保真度仿真模型得到的压比和等熵效率应用于发动机循环参数分析,可避免非线性方程组线性化过程对部件高保真度仿真模型的重复调用,同时计算过程不依赖于部件通用特性图。对于迭代耦合方法,采用优化方法或者常规方法计算修正因子的计算速度无明显差异。采用优化方法计算修正因子或者对边界参数进行松弛处理均可以抑制改进完全耦合方法中迭代残差的振荡,加速收敛。改进完全耦合方法与迭代耦合方法计算结果无明显差异,且在使用优化方法计算修正因子时收敛速度基本一致。 展开更多
关键词 变循环发动机 核心机驱动风扇级 维度缩放 迭代耦合方法 改进完全耦合方法
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开式转子发动机研究进展 被引量:21
9
作者 周莉 是介 王占学 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1921-1932,共12页
开式转子发动机以高推进效率、低燃油消耗率和低污染物排放的'一高两低'优势,成为经济友好型航空发动机的典型代表,是下一代民用飞机潜在的动力备选方案之一。本文主要从开式转子发动机总体性能仿真技术、对转桨扇设计技术、传... 开式转子发动机以高推进效率、低燃油消耗率和低污染物排放的'一高两低'优势,成为经济友好型航空发动机的典型代表,是下一代民用飞机潜在的动力备选方案之一。本文主要从开式转子发动机总体性能仿真技术、对转桨扇设计技术、传动附件设计技术、部件及整机试验技术等四个方面,分析开式转子发动机研发历史及相关技术研究进展。结合国内开式转子发动机研究现状,梳理出开式转子发动机的发展脉络,归纳出开展开式转子发动机研究所涉及的关键技术,并对未来的研究重点和发展路线进行展望,以期为开式转子发动机相关技术的后续研究提供技术支持。 展开更多
关键词 开式转子发动机 燃油消耗率 污染物排放 总体性能仿真 对转桨扇设计
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边界条件对变循环发动机多维度仿真模型的影响研究 被引量:2
10
作者 宋甫 周莉 +2 位作者 王占学 张晓博 郝旺 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期36-44,共9页
为了研究变循环发动机(Variable Cycle Engine,VCE)多维度仿真模型中整机零维仿真模型与核心机驱动风扇级(Core Driven Fan Stage,CDFS)三维仿真模型之间边界参数传递处理方式对计算结果的影响,建立了CDFS和前可变面积涵道引射器(Forwar... 为了研究变循环发动机(Variable Cycle Engine,VCE)多维度仿真模型中整机零维仿真模型与核心机驱动风扇级(Core Driven Fan Stage,CDFS)三维仿真模型之间边界参数传递处理方式对计算结果的影响,建立了CDFS和前可变面积涵道引射器(Forward Variable Area Bypass Injector,FVABI)耦合三维仿真模型及CDFS单部件三维仿真模型,对比了CDFS工作特性及出口区域静压分布的差异,并采用迭代耦合方法将CDFS工作特性耦合于循环参数分析,研究了CDFS出口静压分布差异对VCE多维度仿真模型计算结果的影响。结果表明,耦合仿真模型中CDFS稳定工作范围随着内涵出口静压变化而变化,其数值喘振点的换算流量与CDFS单部件仿真模型存在明显的差异。FVABI部件的存在降低了内涵出口及FVABI出口的平均静压边界条件对CDFS出口区域静压分布的影响,而且CDFS内、外涵流量分配会显著影响CDFS出口区域的静压分布。因此,由耦合仿真模型得到的CDFS出口区域静压分布更为真实、合理。超声速巡航工况下,相较于在CDFS出口使用平均静压边界条件,VCE多维度仿真模型在使用真实静压分布之后,CDFS内涵压比和等熵效率基本不变,CDFS外涵压比和等熵效率分别降低了0.86%和2.27%,导致VCE推力升高了0.41%,且迭代次数大幅降低。 展开更多
关键词 变循环发动机 核心机驱动风扇级 维度缩放 迭代耦合方法 边界条件
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基于冷气预冷技术的高马赫数涡轮发动机建模与仿真研究 被引量:1
11
作者 姚尧 王占学 +1 位作者 张晓博 桂丰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期16-31,共16页
针对高马赫数涡轮发动机存在的涡轮部件热防护问题,以基于冷气预冷(CCA)技术的变循环涡扇发动机为例,通过建立燃油的热物性库、电动燃油泵和空气-燃油换热器的计算模型,改进燃烧室和涡轮的计算模型,发展了可控制涡轮叶片温度的变引气量... 针对高马赫数涡轮发动机存在的涡轮部件热防护问题,以基于冷气预冷(CCA)技术的变循环涡扇发动机为例,通过建立燃油的热物性库、电动燃油泵和空气-燃油换热器的计算模型,改进燃烧室和涡轮的计算模型,发展了可控制涡轮叶片温度的变引气量整机性能计算模型。结果表明,在Ma3,20.9km的设计点,采用CCA技术能够将涡轮引气温度降低181K,相对引气量降低22.04%,并使推力和比冲分别提高2.03%,0.66%;在Ma3的节流状态下,控制涡轮叶片温度的发动机推力随转速降低而减小得更快,但是使空气-燃油换热器空气侧的温降最高达到240K,且总压损失明显降低;沿飞行轨迹,控制涡轮叶片温度的发动机在飞行马赫数大于1.8具有更大的推力,在飞行马赫数小于1.8具有更高的比冲。空气-燃油换热器在发动机最大热负荷状态的性能设计是影响引气温降和涡轮引气回流裕度的关键。 展开更多
关键词 高马赫数 变循环涡扇发动机 冷气预冷 建模方法 叶片温度 性能仿真
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变循环发动机风车起动建模及仿真研究 被引量:1
12
作者 郝旺 王占学 +2 位作者 张晓博 周莉 王为丽 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期39-49,共11页
为了满足变循环发动机风车起动性能仿真的需求,建立了变循环发动机部件级风车起动模型。针对旋转部件等熵效率不连续的问题,引入使用换算扭矩代替等熵效率的方法,给出了旋转部件全转速特性拓展方法。提出了考虑点火及燃烧稳定性的燃烧... 为了满足变循环发动机风车起动性能仿真的需求,建立了变循环发动机部件级风车起动模型。针对旋转部件等熵效率不连续的问题,引入使用换算扭矩代替等熵效率的方法,给出了旋转部件全转速特性拓展方法。提出了考虑点火及燃烧稳定性的燃烧室稳定性模型。考虑了变循环发动机的8个可调参数,采用差分进化算法对变循环发动机的风车及风车起动性能进行了优化。结果表明,风车状态时,变循环发动机在单外涵模态具有更高的核心机物理转速,有利于点火之后核心机物理转速快速趋于其慢车值。单外涵模态时,变循环发动机在风车状态的可调参数仅与飞行马赫数有关,为了保持较高的核心机物理转速,后涵道引射器外涵面积需随飞行马赫数的增加而减少,其余参数皆固定在其最佳值。飞行高度6km,马赫数0.8时,变循环发动机在单外涵模态下的风车起动时间为1.4s。风车起动过程中燃油流量的增长主要受燃烧稳定性所约束。通过对可调参数的优化,可使变循环发动机在风车起动过程中的关键性能参数最大程度地逼近其限制值,从而缩短风车起动时间。 展开更多
关键词 变循环发动机 风车起动 部件特性 换算扭矩 差分进化算法
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S弯收扩喷管流动特性数值研究 被引量:8
13
作者 周莉 孟钰博 王占学 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期103-113,F0002,共12页
为了研究S弯收扩喷管的流动机理,数值模拟了不同喷管落压比(NPR)和S形收敛管道出口面积比(A_(72)/A_(8))对S弯收扩喷管内流动的影响。结果表明:当S弯收扩喷管处于高度过膨胀状态时,随着NPR升高,非对称分离逐渐转变为对称分离,λ型激波... 为了研究S弯收扩喷管的流动机理,数值模拟了不同喷管落压比(NPR)和S形收敛管道出口面积比(A_(72)/A_(8))对S弯收扩喷管内流动的影响。结果表明:当S弯收扩喷管处于高度过膨胀状态时,随着NPR升高,非对称分离逐渐转变为对称分离,λ型激波转变为马赫盘结构,气动性能下降,推力矢量角减小;随着NPR继续上升,激波从喷管内移动到喷管出口边缘,并逐渐转变为膨胀波,气动性能上升,推力矢量角减小至0°后保持不变。在完全遮挡高温部件的低可探测准则的约束下,出口面积比A_(72)/A_(8)的变化主要对S弯收扩喷管收敛段的流动特性产生显著影响,体现在S弯收扩喷管内的局部加速及二次流分布。S弯收扩喷管的气动性能随着A_(72)/A_(8)增大而提高,但当A72/A8增大至1.8时,第一弯管道出口上壁面发生流动分离,气动性能显著下降。 展开更多
关键词 S弯收扩喷管 流动特性 气动性能 喷管落压比 出口面积比
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等离子体激励器在航空航天工程中的应用前景 被引量:3
14
作者 SHANG Joseph J S 严红 刘凡 《气体物理》 2018年第2期1-12,共12页
文章基于等离子体的Joule加热、静电力、Hall效应以及Lorentz加速度等固有特性,对等离子体在航空航天领域(不包括电推进和飞行器再入热防护方面)中的应用进行总结及评估.等离子体激励器在亚声速流到高超声速流的整个空气动力学领域及稀... 文章基于等离子体的Joule加热、静电力、Hall效应以及Lorentz加速度等固有特性,对等离子体在航空航天领域(不包括电推进和飞行器再入热防护方面)中的应用进行总结及评估.等离子体激励器在亚声速流到高超声速流的整个空气动力学领域及稀薄流领域,得到了广泛的应用.真正引人瞩目的是,与所控制的流场相比,应用中所加入的电磁力或能量仅仅与其扰动水平相当.因此,有效的流动控制往往就限制在像流动分离、流体动力学不稳定性、动态失速和涡破碎等动力学分岔问题中.有效的控制应用通常是利用有黏-无黏流相互作用的放大效应、外部磁场或微波能量的加入等来增强其控制效果.最后文章根据这些评估,对未来学科前沿提出了几点基础创新研究方向的建议. 展开更多
关键词 等离子体激励器 电磁力 流动控制 超声速流动 未来创新
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出口宽高比对双涵道S弯喷管流动特性的影响 被引量:2
15
作者 孙鹏 周莉 王占学 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期117-127,共11页
为了明晰出口宽高比对基于真实排气混合器构型的S弯喷管流动特性的影响机制,数值模拟了不同出口宽高比下的双S弯喷管内/外流特性。结果表明:出口宽高比对排气混合器附近的流场特征影响较小,但增加出口宽高比导致喷管下游纵向转弯处的涡... 为了明晰出口宽高比对基于真实排气混合器构型的S弯喷管流动特性的影响机制,数值模拟了不同出口宽高比下的双S弯喷管内/外流特性。结果表明:出口宽高比对排气混合器附近的流场特征影响较小,但增加出口宽高比导致喷管下游纵向转弯处的涡量减小,而涡的横向运动更加剧烈,由此带来的涡损失及内/外涵掺混损失沿纵向有所减小,沿横向持续增大。随着出口宽高比的增加,纵向两弯处及等直段区域的壁面剪切应力减小,相应的摩擦损失和局部损失降低;而上、下壁面极限流线的扩张-汇聚程度增强使得该区域的摩擦损失增大。宽高比的增加导致喷管出口附近气流的轴向速度逐渐增大,出口下游的尾喷流速度核心区长度逐渐缩短。不同出口宽高比条件下,喷管几何构型与排气混合器相互作用产生的多种流动损失的变化趋势相反,综合起来对S弯喷管的气动性能影响较小。 展开更多
关键词 双S弯喷管 流动特性 排气混合器 宽高比 气动性能
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超音速来流中爆轰波衍射和二次起爆过程研究 被引量:3
16
作者 李红宾 李建玲 +3 位作者 熊姹 范玮 赵磊 韩文虎 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期10-18,共9页
预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中,但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此,本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反... 预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中,但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此,本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反射二次起爆两种现象的影响。数值模拟的控制方程为二维欧拉方程,空间上使用五阶WENO格式进行数值离散,采用带有诱导步的两步链分支化学反应模型。所模拟的爆轰波具有规则的胞格结构,对应于用惰性气体高度稀释过的可爆混合物中形成的爆轰波。结果表明:在半自由空间内,在本文所模拟的几何尺寸下,爆轰波并未成功发生二次起爆现象,但是爆轰波的自持传播距离随着横向超音速来流强度的增强而增加。在核心的三角形流动区域外,波面诱导产生了更多的横波结构;在管道内,横向的超音速来流在逆流侧对出口气流产生了压缩作用,能有效提高波面压力,因此反射后的激波压力也比较高。在同样的几何尺寸下,爆轰波在静止和超音速(Ma=2.0)气流中分别出现了二次起爆失败和成功两种现象,这是由于在超音速来流中化学反应面的褶皱诱导产生了横波结构,横波与管壁以及其他横波之间的碰撞提高了前导激波的强度,并最终促进了爆轰波在超声速流主管道内的成功起始。 展开更多
关键词 爆轰波 超音速来流 爆轰衍射 二次起爆 爆轰推进
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双S弯喷管的流固耦合特性研究 被引量:7
17
作者 孙鹏 周莉 +1 位作者 王占学 史经纬 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期153-162,共10页
为了明晰S弯喷管的流固耦合特性,数值模拟了流固耦合作用下双S弯收敛喷管的结构变形特征及其内/外流特性。结果表明:S弯喷管的圆转方弯曲构型产生了非均匀的流场分布,并增强了结构的弹性特征,通过交换气动载荷与变形位移数据形成了S弯... 为了明晰S弯喷管的流固耦合特性,数值模拟了流固耦合作用下双S弯收敛喷管的结构变形特征及其内/外流特性。结果表明:S弯喷管的圆转方弯曲构型产生了非均匀的流场分布,并增强了结构的弹性特征,通过交换气动载荷与变形位移数据形成了S弯喷管流固耦合的作用机理。在气动载荷作用下,S弯喷管沿Y向的最大变形位移为25.3mm,位于喷管出口上壁面的中心位置。当喷管的结构变形稳定时,第二弯转弯处下壁面的气流加速至局部超声速,壁面静压大幅降低;第一弯下游上壁面附近形成了气流分离区;喷管出口喷流沿轴向向上偏转。流固耦合作用导致S弯喷管的流量系数减小0.6%,推力系数降低1.8%。 展开更多
关键词 双S弯收敛喷管 流固耦合特性 结构变形 内/外流特性 推力系数
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基于气液相界面捕捉的统一气体动理学格式 被引量:6
18
作者 王昭 严红 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期711-721,共11页
气液相界面运动的研究无论是在科学还是工程领域都是非常重要的.其中,非平衡流动的计算尤其受到关注.基于此,我们构造了捕捉气液相界面的统一气体动理学格式.由于统一气体动理学格式将自由输运和粒子碰撞耦合起来更新宏观物理量和微观... 气液相界面运动的研究无论是在科学还是工程领域都是非常重要的.其中,非平衡流动的计算尤其受到关注.基于此,我们构造了捕捉气液相界面的统一气体动理学格式.由于统一气体动理学格式将自由输运和粒子碰撞耦合起来更新宏观物理量和微观分布函数,故而可以求解非平衡流动.具体思路是,通过将范德瓦尔斯状态方程所表达的非理想气体效应引入统一气体动理学格式之中来捕捉气液相界面,两相的分离与共存通过范德瓦尔斯状态方程描述.由于流体在椭圆区域是不稳定的,因此气液相界面可以通过蒸发和凝结过程自动捕捉.如此,一个锋锐的相界面便可以通过数值耗散和相变而得到.利用该方法得到麦克斯韦等面积律(Maxwell construction)对应的数值解,并与其相应的理论解相比较,二者符合良好.而后,通过对范德瓦尔斯状态方程所描述的液滴表面张力进行数值计算,验证了Laplace定理.此外,通过模拟两个液滴的碰撞融合过程,进一步证明了该格式的有效性.但是,由于范德瓦尔斯状态方程的特性,其所构造的格式仅适用于液/气两相密度比小于5的情况. 展开更多
关键词 统一气体动理学格式 范德瓦尔斯状态方程 相界面捕捉 麦克斯韦等面积律 液滴表面张力
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隔离段内激波串受稳态和脉动背压影响的数值研究 被引量:6
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作者 詹王杰 严红 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期980-990,共11页
为了加深对背压影响下的隔离段工作特性的认识,基于非稳态雷诺平均的Navier-Stokes方程,探究在来流Ma=2.94条件下隔离段内激波串在稳态背压、脉动背压与共振状态下的振荡特性。结果表明:隔离段激波串的自激振荡频率受稳态背压大小的影响... 为了加深对背压影响下的隔离段工作特性的认识,基于非稳态雷诺平均的Navier-Stokes方程,探究在来流Ma=2.94条件下隔离段内激波串在稳态背压、脉动背压与共振状态下的振荡特性。结果表明:隔离段激波串的自激振荡频率受稳态背压大小的影响,激波串在9倍和10倍来流静压的稳态背压条件下会产生频率分别为506Hz和454 Hz的自激振荡,且激波串前缘位置呈周期振荡。在脉动背压条件下,激波串运动受脉动背压和自激振荡的共同作用,产生多个主导频率;当脉动背压振荡频率与自激振荡频率相近时,激波串运动达到共振状态,主要体现在激波串振幅的增强,振幅大小可以达到管道长度的33.5%,而受到100Hz的低频脉动背压影响时,振幅大小为管道长度的24%;同时共振状态下隔离段内上游的压升较受100Hz低频脉动背压影响下的压升更高;针对出口脉动背压的相位变化对共振状态下激波串运动的研究表明,相位变化对激波串运动的振幅几乎没有影响。 展开更多
关键词 隔离段 激波串 稳态背压 脉动背压 自激振荡 共振
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脉冲能量沉积对超声速射流/激波相互作用掺混的控制研究 被引量:4
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作者 刘凡 严红 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1220-1230,共11页
为探究超声速射流掺混增强的有效控制方法,基于二维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程,研究了脉冲能量沉积对超声速射流与斜激波相互作用后增强掺混的控制机理和规律。宽度为5 mm的低密度平面射流同向完全膨胀射入马赫数为2.5的主流中,并... 为探究超声速射流掺混增强的有效控制方法,基于二维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程,研究了脉冲能量沉积对超声速射流与斜激波相互作用后增强掺混的控制机理和规律。宽度为5 mm的低密度平面射流同向完全膨胀射入马赫数为2.5的主流中,并与20°压缩斜面所产生的斜激波相互作用。在流场中引入脉冲能量沉积对射流掺混进行控制,并考虑射流马赫数、射流长度、能量沉积位置及激励频率对掺混效果的影响。对比激励流场与基础流场,结果表明:脉冲能量沉积的加入诱导射流形成大尺度涡结构,显著提高射流的掺混效果;能量沉积位置对于不同马赫数射流的掺混增强具有不同的控制效果;激励前后射流宽度的对比表明,脉冲能量沉积的无量纲激励频率在0.22附近时,可使得射流的掺混效果最佳。 展开更多
关键词 超声速射流 射流掺混 激波冲击 脉冲能量沉积
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