目的:水平起降空天飞行器需兼顾高速巡航和低速起降性能. 本文旨在构建一种面向控制的空天飞行器低速段动力学建模与迭代分析流程,探究质心位置对空天飞行器稳定性及控制性能的影响,并在保证空天飞行器水平起降能力的约束下,迭代获得合理的飞行器质心位置.
创新点:1. 结合几何外形参数化方法、势流理论和0维混合排气涡扇发动机建模方法实现空天飞行器低速段气动/推进性能数据的快速获取; 2. 基于所获得的气动/推进性能数据,开展代理建模研究,获得适用于性能分析及控制器设计需要的气动力/力矩系数代理模型; 3. 基于可变质心的气动力/力矩系数代理模型进行空天飞行器水平起降性能分析及质心位置迭代设计.
方法:1. 通过形状/类型函数法建立空天飞行器几何参数化模型; 2. 基于势流理论和0维涡扇发动机理论快速获取空天飞行器低速段气动/推进性能数据; 3. 通过代理模型技术,获得不同质心位置下的飞行器气动力/力矩系数拟合表达式,并基于该表达式确定符合水平起降约束的质心位置.
结论:1. 空天飞行器研究中,需综合考虑高低速性能,并协调水平起降、稳定性和控制性能等多方面指标; 2. 本文所提出的空天飞行器概念方案,满足抬头、触地约束的质心范围在距机头65%机身长度处; 3. 本文所提出的面向控制建模与性能分析流程可以满足空天飞行器概念方案阶段数据快速获取、方案快速迭代优化的要求.

关键词组：面向控制建模; 水平起降; 稳定性与控制分析; 性能折衷分析

目的:发动机燃烧数值模拟需要高精度的、尺寸合适的化学反应机理,因此需要对复杂的详细化学反应机理进行简化. 由于现有的灵敏性分析简化方法效率低且计算时间长,因此本文希望得出一种效率更高、计算时间更短的灵敏性分析简化方法.
创新点:1. 利用直接关系图简化方法中的相互作用系数计算待删除组分之间的相互耦合关系,提出了组分耦合的灵敏性分析简化方法; 耦合关系较大的两个组分被视为一个整体,有助于提高灵敏性分析简化的效率、缩短计算时间. 2. 得到了较小尺寸的乙烯(33组分)和正庚烷(79组分)框架燃烧反应机理.
方法:1. 提出组分耦合的灵敏性分析简化方法,即先利用直接关系图简化方法中的相互作用系数计算待删除组分之间的相互耦合关系(公式(2)和(3),图2); 在简化过程中,耦合关系较大的两个组分被视为一个整体被删除. 2. 通过0维和一维计算验证得到的简化化学反应机理的精度.
结论:1. 本文所提出的组分耦合的灵敏性分析简化方法提高了灵敏性分析简化的效率、缩短了计算时间. 2. 利用此方法对含有111组分和784基元反应的乙烯以及561组分和2539基元反应的正庚烷的燃烧化学机理进行简化,最终得到33组分的乙烯框架机理和79组分和339基元反应的正庚烷框架反应机理. 3. 在较宽的工况范围内对得到的框架机理进行点火延时、层流火焰传播速度、温度曲线、组分浓度和反应的灵敏性分析等燃烧特性参数的验证与分析,结果表明得到的框架机理具有较高的精度和较小的尺寸,适用于燃烧数值模拟.

关键词组：燃烧化学反应机理; 框架简化; 灵敏性分析; 直接关系图法; 计算流体动力学

目的:针对高超声速飞行过程中机体前缘和进气道之间相互影响的问题,本文从头部进气的角度出发,利用内转式进气道高总压恢复系数和高压缩效率的特性,探索前体与进气道的一体化设计.
创新点:1. 提出一种内转式轴对称基准流场的构建方法,并设计生成内转式进气道; 2. 设计内转式乘波前体/进气道一体化构型,并提出将进气道进口型线划分为前体前缘型线(FCC)和进气道唇口型线(LCC).
方法:1. 构建内转式轴对称基准流场(图9); 2. 在基准流场中生成内转式进气道并设计构造进气道外表面(图13); 3. 通过仿真模拟,验证所提方法及原理的正确性和有效性(图15~20).
结论:1. 基于特征线理论,设计并求解内转式乘波前体/进气道轴对称基准流模型(IARFM),同时设计并生成了内转式进气道和外壁面; 提出将进气道进口型线划分为前体前缘型线(FCC)和进气道唇口型线(LCC). 2. 提出了内转式乘波前体/进气道(ITWF)的一体化设计方法,并通过对无粘数值模拟结果与理论设计值的比较,验证了设计方法的正确性和有效性. 3. 经过分析可知,激波形状和位置的数值模拟结果与基准流模型吻合较好. 这些结果验证了无粘流设计条件下的一体化设计过程的正确性,且该一体化结构具有较高的总压恢复系数和气流捕获效率.

关键词组：高超声速; 内转式乘波前体/进气道; 轴对称基准流场模型; 流线追踪

目的:帮助填埋场工程方面的学者和工程师更全面地了解城市固体废弃物的沉降机理.
创新点:揭示填埋场城市固体废弃物的沉降机理,明确沉降计算模型的参数确定方法和不确定因素.
结论:1. 填埋场城市固体废弃物的沉降机理不同于传统土体,这主要是固相颗粒的可压缩性、可降解性以及孔隙流体的可压缩性不同导致的. 2. 可以将沉降划分为瞬时压缩、主压缩、蠕变次压缩和降解次压缩,并分别进行计算; 这些计算模型虽然带有经验性,但具有很好的实用性. 3. 能更好反映沉降机理的模型需要耦合填埋场城市固体废弃物的降解、压缩和液气运移. 4. 这些耦合模型能分析更复杂的工况,但其模型参数的确定更具挑战性.

关键词组：城市固体废弃物; 降解; 沉降; 压缩; 蠕变

目的:1. 研究干湿循环作用下氧化镁激发矿渣-膨润土(MSB)竖向隔离墙的耐久特性. 2. 探讨干湿循环过程中循环级数对隔离墙的质量变化、干密度、pH值、无侧限抗压强度、孔隙结构和微观产物等的影响,并探究MSB的服役性能.
创新点:1. 通过干湿循环作用,揭示新型MSB隔离墙与传统水泥基(OPC)隔离墙的耐久性差异; 2. 通过微观分析,成功测定新型MSB隔离墙干湿循环后形成的水化产物.
方法:1. 通过宏观实验分析,在干湿循环作用下比较MSB隔离墙和OPC隔离墙的质量、干密度、pH值和无侧限抗压强度等参数的变化情况(图2和4~6); 2. 通过微观分析,研究MSB隔离墙中氧化镁激发高炉矿渣(GGBS-MgO)和膨润土的掺量对空隙结构的影响(图8),并探讨干湿循环作用如何影响碳酸钙和碳酸镁等水化产物的形成(图9).
结论:1. MSB隔离墙的质量损失比OPC隔离墙高1.1%~2.1%; 2. MSB和OPC隔离墙的干密度和pH值均随干湿循环级数的增长而减小; 3. MSB和OPC隔离墙的无侧限抗压强度随干湿循环级数的增长而降低; 4. 增加GGBS-MgO的掺量可减少2%~12%的累计进汞量,而增加膨润土的掺量会增加4.6%~7.9%的进汞量; 5. 干湿循环可加速碳酸钙和碳酸镁等水化产物的形成.

关键词组：竖向隔离墙; 氧化镁激发矿渣; 耐久特性; 干湿循环; 碳化

目的:研究土体内部的流动现象对岩土、农业及地质工程等领域具有重要意义. 本文旨在探讨孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及各向异性对土体内部水压、流量分布、流动模式及关键流动路径的影响,为评估土质屏障中的优势流动行为提供依据.
创新点:1. 在孔隙尺度分析孔隙特征对土体宏观渗透率及内部流动规律的影响; 2. 评估多个孔隙特征参数(如孔隙的平均直径、直径标准差、配位数及三种孔隙直径分布形式)对土体内部优势流动行为的影响.
方法:1. 将土体孔隙空间简化为由孔隙与吼道互相连接构成的球-杆模型,并通过改变孔隙和吼道的特征参数来描述复杂的孔隙结构; 2. 利用孔隙网络模型得到单元体内部水压和流量分布情况,为计算土体固有渗透率和评估其流动特性提供基础数据; 3. 基于击穿路径的概念,分析不同孔隙特征下土体内部流动的迂曲和非均匀程度; 4. 通过引入吼道收缩系数,调整水平或竖直吼道直径大小,评估孔隙各向异性对流动规律的影响.
结论:1. 土体的孔隙率和固有渗透率均随着孔隙直径平均值的增大、标准差的减小及配位数的增大而增大. 2. 孔隙直径的变异系数(COV)越高,土体内部水压和流量的分布越不均匀; 配位数的提高会削弱水压的局部化分布但会提高流量的不均匀程度. 3.随着COV的提高,击穿路径变得更加曲折; 当COV由0增加到1.0时,击穿路径的迂曲度由1.00增加到大约1.71,击穿路径承担的流量占总流量的比值由2.0%提高到7.8%. 4. 水平与竖直吼道直径比值的提高,也会导致击穿路径迂曲度的提高; 水平与竖直固有渗透率的比值和水平与竖直吼道直径的比值呈双对数线性相关.

关键词组：孔隙网络模型; 固有渗透率; 流动特性; 孔隙特征

目的:1. 探讨加热-降温循环温度荷载下黄土中黏土矿物对其变形特性的影响,包括累积塑性压缩变形和热膨胀系数. 2. 研究黄土由于施加温度荷载产生变形的微观机理.
创新点:1. 明确了对黄土由温度荷载引起累积塑性变形具有重要影响的矿物成分; 2. 研究得到黄土由于施加温度荷载产生变形的微观机理.
方法:1. 通过溶液沉积法,分离黄土中的黏土矿物,并制备出三种不同黏土矿物含量的黄土测试样品; 2. 通过温控一维固结仪,测试不同黏土矿物含量的黄土在循环温度荷载下的累积塑性变形和热膨胀系数; 3. 通过扫描电镜试验和矿物成分测试,研究黄土由于施加温度荷载产生变形的微观机理.
结论:1. 黄土中所含伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石等黏土矿物对其由于施加温度荷载所产生的累积塑性变形具有重要影响; 2. 黄土孔隙比对其由温度荷载引起的累积塑性变形和热膨胀系数影响较小.

关键词组：黄土; 变形; 黏土矿物; 循环温度荷载