沈阳航空航天大学学报

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航空宇航工程

上游粗糙元对叶片根部马蹄涡的影响

王建明, 祝魁, 王虎彬, 郑耀辉

2013, 30(1): 1-4. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.001

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为了消弱叶片根部马蹄涡的强度, 提出一种无需额外消耗能量的被动控制手段, 在简化了的叶片-平板结构的上游某位置布置一组粗糙元。利用fluent软件采用k-ω SST湍流模型和SIMPLE算法, 数值模拟了不同摆放位置及高度的粗糙元对叶片根部马蹄涡的影响。结果显示任何一种粗糙元都能不同程度地削弱马蹄涡系, 放置在距离叶片根部d/T=1(d为粗糙元距叶片前缘距离, T为翼型最大厚度)处且高度h/T=1/20(h为粗糙元的高度)的粗糙元, 在粗糙元后的流动结构与流向涡的空间尺度以及主马蹄涡涡量的综合控制效果较好;另外, 相对较高的粗糙元对主马蹄涡控制效果来说是有利的, 但会使叶身两侧的流向马蹄涡涡腿远离叶身。

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航空宇航工程

非对称翼型安装方式对垂直轴风力机性能影响的数值研究

王虎彬, 徐志晖

2013, 30(1): 5-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.002

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采用滑移网格技术对非对称翼型正装与反装4°安装角状态下来流速度分别为8m/s和9m/s时的风力机工作情况进行了二维非定常数值模拟。利用输出转矩与给定转速计算得到风力机的功率, 进而求得功率系数与实验值比较, 结果说明在4°安装角时翼型反装能够很大程度的提高风力机的做功能力, 在9m/s下功率系数可提高25%。通过流场分析得到翼型反装可缩小失速范围是功率系数提高的重要原因。

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航空宇航工程

旋流方式对预混燃烧室流场影响的数值研究

孙婷, 王成军, 张红霞

2013, 30(1): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.003

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采用数值模拟方法, 研究了预混器分别采用轴向旋流器和径向旋流器时, 不同的旋流器叶片安装角度对预混燃烧的流场的影响, 并且对轴向旋流方式和径向旋流方式产生的流场进行对比。研究结果表明:对于径向旋流方式, 4种不同叶片安装角度中, 安装角度为60°时, 预混管内流体在边界层的流动速度较快, 有利于避免回火的发生。对于轴向旋流方式, 预混管内边界层的流动速度与旋流器叶片的安装角度成正比。轴向旋流方式与径向旋流方式相比, 径向旋流方式更有利于缩小燃烧室长度尺寸。这项研究对预混燃烧室的预混器的设计有着重要的参考借鉴意义。

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航空宇航工程

薄壁结构在热声环境中随机疲劳寿命的估算

蒋娜娜, 魏静, 鲍冬冬, 沙云东

2013, 30(1): 15-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.004

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高超飞行器在热声载荷作用下结构的疲劳破坏问题日益严峻, 通过应用雨流计数法, 基于Miner线性累积损伤理论估算结构的疲劳寿命。以四边简支的薄壁铝合金结构为模型, 计算了在160dB声压级、不同温度时结构的非线性动态响应, 并且估算了相应载荷情况下结构的疲劳寿命。结果表明, 在压级载荷不变情况下, 随着温度的增加, 结构的疲劳寿命呈现先降低再升高的趋势, 并且在跳变时, 疲劳寿命降至最低。

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航空宇航工程

燃烧室模型薄壁结构的声固耦合有限元分析

郭晓玲, 艾延廷, 张婷婷

2013, 30(1): 20-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.005

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发动机燃烧室薄壁结构热声振耦合疲劳破坏与其声固耦合特性研究直接相关。本文应用有限元软件ANSYS建立了带冷却通道的燃烧室声固耦合计算模型, 计算了燃烧室薄壁结构在考虑耦合和不考虑耦合两种情况下的结构振动特性, 发现耦合时燃烧室薄壁结构的模态频率略微减小, 但频率所对应的模态振型不变, 只是在频率389.6Hz时发生强耦合。冷却通道对结构振动的影响比内部燃烧室声腔的影响大, 因此在今后的研究过程中应该考虑冷却通道对结构的影响。

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航空宇航工程

基于改进变密度法的飞机垂尾拓扑优化设计研究

邱福生, 季武强, 徐厚超

2013, 30(1): 26-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.006

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研究引入约束因子的改进变密度法的飞机垂尾布局优化设计问题。用MATLAB编写的带约束因子变密度法的算法程序和ANSYS软件的拓扑优化模块, 分别完成简化模型的拓扑优化设计, 实现飞机垂尾的结构布局设计。给出了两种方法的优化结果和优化数据, 对比分析可以发现带约束因子变密度优化方法是可行和有效的, 相较ANSYS 软件的拓扑优化模块针对飞机垂尾的结构布局设计更加简便、准确, 有着更好的推广应用价值。

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航空宇航工程

激光壁面加载模型中相似准则的应用

徐让书, 严向峰

2013, 30(1): 30-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.007

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利用量纲理论分析多相流的流动换热特性, 从可压缩粘性流体的一般控制方程组出发, 推导出多相流换热的若干相似准则数, 再结合两相间作用的定性分析建立起一套完整的多相流对流换热的相似准则体系, 分析多相流换热模型中相似准则数的物理意义。并在激光壁面加载模型中通过更改物性参数比例尺来调整非稳态模型的计算特征时间, 达到优化计算的目的。

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航空宇航工程

温度场对双转子系统动力特性影响的分析

张婷婷, 王克明, 孙阳, 景晓东

2013, 30(1): 34-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.008

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建立了一个轴向可自由伸缩的双转子系统计算模型, 采用有限元法, 分析了温度场对该双转子系统动力特性的影响。参照航空发动机转子系统的温度分布情况, 通过ANSYS软件构造了该双转子系统的稳态温度场。分别在常温状态、考虑整体温度场、只考虑轴的温度场以及只考虑盘的温度场4种情况下, 计算了该双转子系统的临界转速和不平衡响应, 并进行了对比分析。结果表明, 温度场作用下双转子系统的临界转速要比常温状态下的低, 内、外转子分别为主激励的第一阶临界转速相对误差都已接近6%。盘的温度对于转子系统动力特性的影响要比轴的温度小得多。

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航空宇航工程

复合材料薄壁结构在热声载荷作用下的非线性动态响应特性分析

鲍冬冬, 沙云东, 蒋娜娜

2013, 30(1): 39-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.009

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复合材料薄壁结构被广泛地应用于先进的航空航天器上, 薄壁结构在工作时会承受复杂的机械力载荷、气动载荷、热载荷和声载荷, 这些载荷会导致结构以非线性方式响应。其中, 薄壁结构在热载荷和声载荷同时作用下易发生跳变响应。本文通过使用有限元法来研究复合材料薄壁结构在热声载荷下的响应计算与特征分析。首先建立热声载荷作用下复合材料薄板振动的非线性大挠度方程, 讨论非线性恢复力项对结构自由振动的影响。其次分析了热及噪声载荷造成的结构几何非线性对板动态响应的影响, 结果表明温度会改变薄板的位移及应力响应, 改变薄板基频并使功率谱密度(PSD)谱线变宽。在强噪声环境下, 板的位移响应会产生相应变化, 但由于此时声载荷完全超过了热力项从而制约了形状恢复应力, 所以薄板的应力响应不会产生变化。

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机械工程

基于片条理论的螺旋桨性能计算

刘远强, 郭金锁, 项松, 佟胜喜, 姜文辉

2013, 30(1): 43-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.010

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通用航空飞机普遍采用了活塞式发动机和螺旋桨作为其动力装置。在飞机设计阶段, 螺旋桨的性能计算具有重要的意义。基于片条理论方法, 编制了螺旋桨性能计算程序, 对某型螺旋桨的性能进行计算与分析, 包括:拉力系数随前进比的变化;扭矩系数随前进比的变化;功率系数随前进比的变化;效率随前进比的变化;并与螺旋桨的风洞实验结果进行对比, 验证了计算结果的合理性。

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机械工程

具有辅助装调功能的航空遥感器维修架设计

张健, 田海英, 张景国, 聂品, 董斌

2013, 30(1): 47-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.011

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维修架作为航空遥感器重要地面保障设备, 用于对遥感器进行检修与维护。针对航空遥感器的要求, 分析了维修架应具有的功能, 设计了具有辅助遥感器装调功能的维修架。在设计中提出了维修架的静平衡计算方法, 推导出了平衡质量的理论厚度。利用ANSYS软件对维修架进行了静力学分析, 结果表明维修架的强度和刚度均满足要求。

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机械工程

模型故障诊断法在飞机液压能源系统中的应用

刘东, 安云哲, 崔建国, 谭峰

2013, 30(1): 51-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.012

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针对飞机液压能源系统的故障诊断问题, 介绍了基于模型的故障诊断方法。基于飞机液压能源系统的结构和行为, 分析了系统各组件的行为模式及组件之间的拓扑结构。利用面向对象的建模语言Rodelica建立各组件的行为模型, 进而搭建系统的行为模型。将行为模型的预测值与实际系统的观测值的偏差作为诊断推理引擎的输入, 实现了液压能源系统的故障诊断, 得出常见故障现象的诊断决策树。诊断结果表明, 所建立的飞机液压能源系统的行为模型是准确可靠的, 所得诊断结果能有效地定位故障并确定故障组件的状态, 具有工程实用性。

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机械工程

基于混沌搜索的改进小波半软阈值去噪

张沫, 席剑辉

2013, 30(1): 57-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.013

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构造一种新的小波半软阈值函数, 在阈值范围内对小波系数进行细化处理, 更符合自然信号的复杂连续特性;同时引入混沌搜索方法, 对阈值可调参数进行遍历搜索, 在硬阈值和软阈值之间得到小波系数的最佳估计。采用均方误差(MSE)和信噪比(SNR)对去噪效果进行评价, 仿真结果表明该方法保留的小波系数能够恢复出更多的原始信号细节, 改进了滤波效果, 提高了去噪质量。

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机械工程

RTM成型碳纳米管/玻纤混杂多尺度复合材料的电性能

王柏臣, 尹君山, 王莉

2013, 30(1): 61-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.014

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采用树脂传递模塑(Resin Transfer Molding, RTM)工艺制备碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)/玻璃纤维/环氧混杂多尺度复合材料, 研究其结构与电性能的相关性。采用优化的分散工艺将CNTs分散于环氧树脂中制成纳米复合树脂基体, 经RTM工艺制备玻璃纤维/碳纳米管混杂多尺度复合材料, 考察CNTs形态结构变化和复合材料的导电行为。研究表明, RTM复合材料的电渗流阈值为0.3 wt%, 而使用非离子表面活性剂Triton X-100作为分散助剂的复合材料电渗流阈值为0.1 wt%。当CNTs含量为0.3 wt%时, RTM模具入口处复合材料电阻率比中间和出口处低2个数量级。TEM分析表明, CNTs动态渗流网络形成以及CNTs在复合材料内部的分布是导致RTM复合材料电性能呈现梯度变化的原因。

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机械工程

多组元微合金化高铌TiAl基合金微观组织的研究

王艳晶, 宋玫锦, 王继杰, 杜兴蒿

2013, 30(1): 66-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.015

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研究了B、Hf、Y微合金化高铌TiAl基合金的铸态及热处理后的微观组织。光学显微组织观察表明, B、Hf、Y微合金化高铌TiAl合金铸态组织为近层片组织, 其α₂/γ层片团得到细化;XRD分析表明, 除了α₂和γ相, 在铸态组织中还含有β(B₂)、Y₂O₃、YAl₂。扫描电镜结合能谱分析表明, β(B₂)相分布在层片团的边界附近, 粒状Y₂O₃和YAl₂分布在晶内和晶界, 硼化物以条状或粒状分布在晶内和晶界。经过1260℃/20h + 900℃/30min/AC热处理后, 得到由α₂/γ细小层片团与等轴γ晶粒组成的双态组织, β(B₂)相基本消除, 同时YAl₂相消失, 形成了富Hf的Y₂O₃和富Nb的钛硼化物。

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机械工程

Zn(l)/Zr(s)液固反应偶界面反应研究

徐前刚, 黄相博, 王士付

2013, 30(1): 71-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.016

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选用Zn(l)/Zr(s)液固反应偶研究了其界面反应和反应层生成相, 重点考察了反应层在固态基底直角部位的生长形态。研究结果表明, 在450℃和530℃时, 反应层依次由Zn₃Zr相、Zn₃₉Zr₅相和Zn₂₂Zr相组成;温度升高至580℃时, 反应层只有Zn₂₂Zr相和Zn₃₉Zr₅相存在。反应层厚度随温度升高和时间的延长而增加, 近似呈抛物线生长规律;Zn₂₂Zr层在反应初期迅速增长, 达到平衡后随温度升高和时间延长基本不变。反应层在直角部位发生不完全断裂, 呈放射状生长, 并未形成十字形生长。

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机械工程

Ti_P/Al粉末热压烧结组织演变过程研究

张利, 武保林, 崔献威

2013, 30(1): 76-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.017

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针对传统陶瓷类增强颗粒与金属基体间性质差异较大而致界面结合问题, 探索具金属性质的Ti颗粒作为增强体制备铝基复合材料的途径。对质量比为Al:Ti=77％:23％混和粉体进行真空热压烧结, 分析了烧结组织演变过程。实验结果表明:通过控制烧结条件, 可获得由Al₃Ti、TiAl金属间化合物及Ti构成的增强体, 增强体与基体结合良好。烧结温度升高, 有利于扩散反应速度以及材料性能的提高, 利用真空热压烧结方法制备金属间化合物及Ti复合增强铝基复合材料的合理烧结温度为600℃-630℃。

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安全工程

外界风对建筑中庭自然排烟的影响

陈霄, 谢妉

2013, 30(1): 81-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.018

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采用数值模拟的方法, 分析了在自然排烟条件下, 不同外界风对于中庭内烟气流动特性的影响。通过模拟得出:单侧外界风对于自然排烟烟气流动有明显影响, 烟羽流倾斜角度随风速增加而增大, 同一时刻相同高度的压力随风速增加而减小, 温度大小相对于高度的变化率随风速增加而减小, 较大的风速会造成排烟口流量相对于时间的变化率减小。

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安全工程

某体育馆防排烟及人员疏散方案优化研究

叶建, 李艳伟

2013, 30(1): 87-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.019

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大型体育馆类建筑设计中往往考虑到美观和使用功能等因素, 使得诸如防火分区面积、疏散距离等消防设计远超我国现行消防规范要求, 从而引发一系列诸如火灾蔓延特征改变、烟气扩散规律变更等问题。通过性能化方法对某体育馆进行消防设计评估, 利用火灾模拟软件FDS模拟不同火灾场景, 结合人员疏散软件pathfinder进行人员疏散分析, 确定其排烟量、优化人员疏散方案, 确保其能达到消防安全目标。

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基础科学

S₂可逆四次多项式系统的极限环数目

吴萍

2013, 30(1): 92-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.2095-1248.2013.01.020

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主要研究了有2个中心和2个鞍点的S₂可逆近哈密顿四次多项式系统的极限环数目。利用了Hopf分支和异宿分支的方法, 二次哈密顿系统经过四次扰动可得极限环的数目为6个。此文所得的结果有利于对于第16问题第二部分的研究。