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2017年  第2卷  第1期

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研究论文
非惯性弹道飞行器气动布局设计实践
唐伟, 冯毅, 杨肖峰, 刘深深, 肖光明, 魏东, 桂业伟
2017, 2(1): 1-12. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.01.001
144 8
摘要:
从阻力主导惯性再入到升力主导机动再入是无动力高超声速飞行器的主要发展方向, 文章讨论了任务使命动力配置飞行模式及总体规模限制下的布局设计原则, 研究了不同构型升阻效率及升力载荷系数与模线形状横截面形状及容积利用率分段装填容积间的关系, 探讨了包括拉起/下压滑翔弹跳/滑翔等射面机动与Z字螺旋锥形空间机动等飞行模式与匹配的气动操纵面设计质心布置压心/静稳定裕度纵横向静动稳定性等, 从热安全角度提出了总体/气动/防热/结构/弹道/控制等多物理场高度耦合下的飞行器热力气动布局多学科设计优化, 结合非惯性弹道飞行器气动布局设计问题, 给出了满足分段容积要求防热要求及操稳要求的飞行器气动构型设计优化实例.
基于非结构变形网格的间断装配法原理
刘君, 邹东阳, 董海波
2017, 2(1): 13-20. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.01.002
48 4
摘要:
在激波捕捉法计算得到的流场基础上采用辨识算法得到初始间断位置, 从ALE方程出发, 考虑离散几何守恒律, 采用变形网格和网格重构技术解决计算过程中间断运动和变形, 新旧网格之间流场采用高精度信息传递方法保持时间精度, 建立了基于非结构动网格技术的间断装配方法.通过激波管问题的二维模拟, 模拟了初始间断分解为激波和接触间断激波遇到固壁反射后与接触间断相交的非定常流动过程, 对这种新方法的基本原理进行了介绍.
关于沿内角的自发毛细流动现象回顾
陈永康
2017, 2(1): 21-29. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.01.003
65 4
摘要:
文章从静力和动力学的角度简要回顾了关于沿内角的自发毛细流动研究的最近进展.作为一个通用几何形状,内角在地面微观尺度下或处于失重状态的航天飞行器系统内大尺度下为液体提供有效的输运通道.当一定的几何条件得到满足并且当毛细力远远大于体力比如重力的时候,沿着内角会发生自发毛细力驱动流动现象.从静力学的角度来说,本文讨论的自发毛细驱动流动和当特定的边界条件发生突然变化,比如重力作用突然消失时带有内角的容器内部单值有限高度的平衡自由面的非存在性有关系. Concus-Finn方法可以用来确定这样的平衡自由面在一个横截面处处一致的柱形容器内的非存在性.用这个方法可以推导出在失重状态下一个内角为2α的通常柱形容器里,当接触角小于π/2-α时,平衡曲面不存在.通常来说，沿内角的自发毛细驱动流动属于层流.利用尺度分析和摄动法，成功分析了该流动的动力学特性，并且推导出对设计有用的封闭形式的解析解.一个典型的结果是在黏性流的范畴里毛细面端点的移动和t1/2成正比
同轴流动聚焦中射流不稳定性的理论研究
司廷, 李广滨, 罗喜胜, 徐晓嵘
2017, 2(1): 30-38. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.01.004
54 2
摘要:
壳核结构的微胶囊在医学药学材料食品农业等领域具有广泛的应用前景, 其制备方法一直是相关领域关注的焦点.同轴流动聚焦(co-flow focusing)是一种新型制备技术, 利用复合射流的破碎制备微胶囊具有包裹率高过程量化可控参数域广产率高等诸多优势.在实验中, 复合射流的破碎受到多个过程参数的影响, 并涉及了多层界面的耦合效应.利用简化的物理模型, 在时间和时空域中分析了三相水-油-水复合射流不稳定性的发展和演化.在黏性流体线性稳定性理论中, 同轴射流和驱动液体的基本速度型分别基于管流和误差函数构造, 并通过数值方法求解满足相应边界条件下的线化小扰动控制方程.结果表明:增加内外层界面的界面张力均有利于射流的破碎; 流体的黏性对同轴射流的稳定性均有着促进作用; 越大的黏性越小的内界面张力对应着越大的射流破碎波长; 内外界面的耦合作用以及复合液滴的包裹情况均与内外射流的半径比息息相关; 绝对-对流不稳定性转换的临界Weber数随Reynolds数内层界面张力的增大而增大, 随内层和驱动流体的黏性增大而减小.这些结果将有助于提高液体驱动下同轴流动聚焦技术的过程控制, 为实际应用提供理论指导.
波动翼非定常流场IB-LBM数值研究
苑宗敬, 姬兴, 陈刚
2017, 2(1): 39-47. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.01.005
55 4
摘要:
经过亿万年自然选择, 鱼类进化出非凡高效的游动能力, 研究其游动机理, 对改善现有潜水器的性能具有重要指导意义.针对类鳗鱼游动问题, 采用浸入边界法-格子Boltzmann方法(immersed boundary-lattice-Boltzmann, IB-LBM)对三维波动翼进行1×108网格大规模数值模拟.在广州超算中心天河-2上模拟了不同振动幅度下正弦波动翼的非定常运动, 给出了流场涡系结构及其产生的非定常力, 清晰捕捉了仿生翼非定常涡系演化过程.仿真结果表明IB-LBM方法能在较大运动边界情况下保持算法稳定性, 也能在较大网格下高效运行.同时精细捕捉不可压非定常流场涡系结构细节, 是一种较为理想的仿生运动数值模拟方法.
扑翼尾流脱落涡特性的PIV实验研究
鲍锋, 邹赫, 曾华轮, 刘志荣, 朱睿
2017, 2(1): 48-56. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.01.006
72 6
摘要:
通过色流实验和粒子成像测速技术(particle image velocimetry, PIV)对扑翼近场尾流脱落涡的结构轨迹和能量进行了定性及定量研究.结果表明:因展向流动充分性的不同, 存在两种牛角型涡系结构; 上下扑时翅翼交替产生顺时针和逆时针脱落涡, 两涡运动轨迹呈近似弧形对称, 对称轴的仰角略大于攻角; 脱落涡的涡心涡量在上下扑极点达到最大值, 环量最大值出现在到达极点前的1/5~2/5周期之间; 产生脱落涡的半周期内, 涡的平均环量都随减缩频率的增大而增大, 减缩频率较低时, 下扑平均环量大于上扑平均环量, 减缩频率较高时则相反; 振幅对涡能量影响明显, 减缩频率为2~2.5时, 振幅±40°时的涡平均环量约是振幅±30°时的两倍, 减缩频率越大振幅影响越明显.
超临界压力煤油传热不稳定实验研究
胡江玉, 周进, 潘余, 王辉, 王宁, 任春雷
2017, 2(1): 57-63. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.01.007
44 2
摘要:
在压力2.5~4 MPa, 质量流量0.7~1.7g/s, 入口温度20~250 ℃的实验条件下, 对煤油在内径1 mm, 长度300 mm竖直上升圆管中的流动及传热不稳定现象进行了实验研究.结果表明, 当热流密度增大到一定程度后, 传热不稳定开始发生.不稳定发生的起始热流密度随压力和流量的增加而增大, 随入口油温的升高而减小, 且当入口油温升高到一定程度后无不稳定现象发生.不稳定发生的初始时刻, 出口油温迅速增加, 管道壁温明显下降, 传热系数增大; 实验段局部流速增大, 进而在管道内部形成压力脉动并产生声音.不稳定结束后, 出口油温几乎保持不变, 壁温会缓慢增加, 直至下一次不稳定发生.

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