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    图片丢失啦 《上海交通大学学报》2021年“航空航天科学技术”专题

    该专辑汇总了2021年《上海交通大学学报》出版的12期文章中航空航天科学技术领域的文章。以期更好服务高校师生及众多研究所科研人员,促进最新学术成果的传播。
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    近失速形态下冰脊分离非定常流的IDDES和模态分析
    谭雪, 张辰, 徐文浩, 王福新, 文敏华
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1333-1342.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.427
    录用日期: 2021-09-22

    摘要322)   HTML24)    PDF (15798KB)(388)   

    采用改进延迟脱体涡模拟 (IDDES) 方法,对近失速条件下溢流冰脊诱导的剪切层振荡现象进行高分辨率模拟,描述高雷诺数下冰脊分离流大尺度分离的流场演化特征.研究表明,近失速形态下,冰脊和下翼面尾缘同时诱导出剪切流动,冰脊诱导的剪切层并未再附到壁面,与下翼面上洗流动相互干扰,形成大尺度低能态结构.结合频谱分析进一步发现,剪切层内的压力脉动存在两种典型的脉动频率,与Kelvin-Helmholtz不稳定性相关,具体表现为涡配对和涡脱落.基于正交分解得到的压力脉动主导模态为剪切层之间的大尺度相干结构.主导模态的时间系数与升力系数的功率密度谱峰值保持一致,这说明尾缘区大尺度相干结构与升力波动具有相关性.

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    飞机地面除冰资源协同控制
    李彪, 王立文, 邢志伟, 王思博, 罗谦
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1362-1370.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.342
    摘要219)   HTML8)    PDF (1454KB)(224)   

    针对多并行除冰任务下分布式资源协同能力较弱及均衡性低的问题,结合机场除冰资源配置及时空分布状态,提出了一种基于多Agent协商的飞机地面除冰资源协同控制方法.建立了多Agent除冰资源协同运行框架,设计了面向全局协同联合体招投标机制的资源优化方法,提升了整体任务均衡性.在协同运行方案的基础上构建自治多Agent协同优化模型,采用加入决策因子的模型预测控制方法生成自治协同控制策略,并面向实际场景验证所提方法的可行性.结果表明,基于优化方案生成的初始化协同控制策略容错时间均值达4.89 min,与其他传统方法相比,平均起飞容限最大提升1.015 min,平均利用率增加15.28%,保证了除冰资源的安全性及协同性.

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    高超声速飞行器表面吸附特性对多相催化过程影响的数值模拟
    李芹, 杨肖峰, 董威, 杜雁霞
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1352-1361.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.288
    摘要215)   HTML8)    PDF (3404KB)(251)   

    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.

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    压气机退失速控制的数值仿真
    高原, 吴亚东, 欧阳华
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1343-1351.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.261
    摘要268)   HTML15)    PDF (12908KB)(130)   

    为了探究退喘阀快速开启时退失速有效性和稳定性的影响因素及其流场机理,对退失速的动态过程进行了数值仿真,并比较了不同放气速度的退失速过程.使用了两种数值模拟方法:分布式变转速MG(Moore & Greitzer)模型和RANS(雷诺平均Navier-Stokes)方程.两者对性能曲线的预测在趋势上吻合较好.RANS结果显示,以不同速度开阀,退失速过程流场变化本质上相同,扰动受由入口产生的高速气流影响向下游迁移,并最终位于转子前缘平面,其尺度会随着轴向高速气流的冲击进一步减小直到完全消散.对比不同开阀速度可知,开阀越快,入口产生的高速气流越强,使得退失速时间越短;扰动削弱程度越大,扰动的周向传播速度越快,越接近转子转速.开阀过程中,气流波动会更剧烈,能量损失更多.

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    考虑蒙皮透射率的飞艇热力学模型及其热特性
    程晨, 王晓亮
    上海交通大学学报    2021, 55 (7): 868-877.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.039
    摘要256)   HTML7)    PDF (2071KB)(149)   

    以平流层飞艇为研究对象,在考虑飞艇表面蒙皮的透射特性以及内部填充气体对辐射的吸收率与发射率的基础上,推导出飞艇表面蒙皮及内部填充气体的热力学方程.通过有限拆分法建立了考虑蒙皮透射率的飞艇热力学仿真模型,并分析比较了典型蒙皮材料下飞艇的热力学特性.通过将飞艇外形建模和表面离散化处理,针对每个单元和内部填充气体进行瞬态热特性数值计算,分析了仿真模型中网格划分及时间步长对计算结果的影响.通过相关实验数据对所建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行了验证,分析比较了不同特性蒙皮材料的飞艇热特性及其变化规律.

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    一种合成残差式的反作用轮故障检测方法
    何夏维, 蔡云泽, 严玲玲
    上海交通大学学报    2021, 55 (6): 716-728.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.254
    摘要250)   HTML4)    PDF (7000KB)(98)   

    为了在地面根据卫星遥测数据有效把握在轨卫星反作用轮的健康状态,设计了一种合成残差式的反作用轮故障检测方法.该方法针对在轨遥测数据的特点,根据实际可获得的闭环控制反作用轮遥测数据,利用极端梯度提升(XGBoost)回归模型进行转速预测生成残差,并结合黏性摩擦因数对摩擦力矩突变的敏感性进行故障检测.此外,还针对在轨遥测数据不完备的情况,对检测方法进行了验证.结果表明,该方法对于常见的在轨卫星反作用轮故障均有较好的检测效果.合成残差式故障检测方法不依赖于故障样本,对于数据样本的要求也较低,因此在实际地面故障检测系统中具有一定的应用价值.

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    点阵压气机叶轮的设计与3D打印仿真
    张源, 李范春, 贾德君
    上海交通大学学报    2021, 55 (6): 729-740.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.034
    录用日期: 2021-06-08

    摘要372)   HTML6)    PDF (25454KB)(172)   

    以压气机叶轮为研究对象,基于八角桁架点阵结构,设计了一种新型轻量化点阵压气机叶轮,通过选择性激光熔融(SLM)280型金属3D打印机对设计叶轮的可加工性进行了验证.为了解其3D打印性能,基于有限单元法(FEM)对点阵轮的3D打印过程进行了模拟.在保证利用数值方法研究3D打印过程可行的基础上,对不同功率下点阵轮的打印过程进行了分析,并与相同工况下的实心压气机叶轮进行了对比.结果表明:点阵轮与实心轮的层变形是一个逐层叠加递增的过程,在本文的7种工况下,点阵轮打印完成时的最大残余变形与残余应力均小于实心轮.点阵轮的最大残余变形最大可比实心轮小20.19%,最大残余应力可比实心轮小10.69%.这意味着点阵轮除了比实心轮具有更轻的质量,还将比实心轮具有更优异的打印性能.

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    方柱跨声速流动中的剪切层和尾迹特性
    许常悦, 郑静, 王哲, 王彬
    上海交通大学学报    2021, 55 (4): 403-411.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.299
    摘要317)   HTML3)    PDF (8876KB)(83)   

    采用尺度自适应模拟(SAS)方法研究了来流马赫数Ma为0.71、雷诺数Re为4×105的方柱跨声速绕流,并对分离剪切层和尾迹特性进行了深入分析.为了验证SAS方法的可靠性,将SAS结果与已有数值和实验结果进行了对比.在当前的跨声速流场中,剪切层中的对流马赫数约为0.6,这意味着Kelvin-Helmholtz不稳定性主导剪切层的初始阶段演化.在剪切层的初始阶段,可以看出扰动涡沿展向呈现滚筒状结构.剪切层外侧附近和方柱的回流区均出现倍频现象,这与剪切层中存在明显的涡合并有关.压力场的本征正交分解表明,方柱跨声速流场中的主导流动模态为反对称模态,这与尾迹中的涡脱落现象和剪切层引起的压缩波传播有关.

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    基于显式动力学的软式飞艇流固耦合计算框架
    张宇, 王晓亮
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 311-319.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.351
    摘要455)   HTML0)    PDF (3654KB)(148)   

    软式飞艇作为一种低刚度、具有充气结构的飞行器,其流固耦合特性明显.结合参数化截面(PARSEC)方法、径向基函数(RBF)和Delaunay映射方法,构建对软式飞艇的非定常显式动力学流固耦合分析框架.借助平板冲击和NACA0014机翼气动弹性案例验证该数值方法的可靠性和精度.该计算框架也同样适用于高空气球等薄膜类浮空器的非定常双向流固耦合分析.最后,应用上述框架对某软式飞艇在不同压差下的结构响应进行分析.研究结果表明,飞艇振动主频与飞艇的内外压差之间呈现近似线性关系.

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    基于NSGA-II算法的编队卫星重构策略
    孙鸿强, 张占月, 方宇强
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 320-330.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.376
    摘要249)   HTML5)    PDF (1602KB)(106)   

    针对编队卫星在遭遇空间碎片威胁时的规避决策问题,改进并采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)对卫星进行编码,以改进的差分进化算法作为轨道生成模型,以Pareto支配筛选出最优解集,通过引入编队卫星的机动消耗、碰撞概率、工作效率等指标,对卫星的规避轨道进行筛选,保证编队卫星的各项指标得到兼顾.最后以三星编队的海洋侦察卫星为例,引入相位调整、概率计算、水平方向精度因子(HDOP)计算等模型,通过多目标优化算法获得规避轨道的最优解.仿真结果表明,在不同任务目标下,该方法可以更有针对性地制定编队卫星规避策略.

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