以高亚声速压气机叶型为研究对象,利用数值模拟手段研究了不同雷诺数Re条件下叶片近壁面分离泡结构和边界层发展的内在关联,基于Denton损失模型,揭示了低Re下压气机叶型性能退化内因;在此基础上,通过叶型改型设计,获得两种不同载荷分布的新叶型,对比分析了载荷分布对分离泡结构和叶型流动损失的影响。结果表明,Re从1.2×10^6降低到1.5×10^5时,吸力面分离泡长度增加11.2%轴向弦长,此时叶型边界层损失略有增加,而叶型尾迹损失增加接近150%,分离泡强烈的"位移效应"导致尾迹损失急剧增加是低Re下压气机叶型性能退化的主要原因;采用前加载叶型能够促使转捩提前发生,同时降低流向逆压梯度,有效抑制分离泡的形成和发展,改善低Re条件下高亚声速压气机叶型的气动性能。

通过分析流体边界层分离原理，针对分离点附近剪应力变化规律，提出了用微型剪应力传感器阵列在飞行器表面贴附完成实时分离点检测的设计方案。同时提出了基于双运算放大器的恒流驱动电源设计和滤波衰减电路设计方案，并在NACA0012标准翼型上实现了边界层分离检测系统集成，最后利用低速风洞试验验证了上述检测系统对分离位置测定的准确性和有效性。

边界层转捩流动的特征参数明显不同于层流或湍流,转捩流动的这些特征直接影响着流体的动力、传热特性.而通过有效地控制转捩起点、转捩区长度就可以有效改善流动效率.

为了探究侧风条件下地面涡的气动特性规律,以近地面的1/30缩比进气道为研究对象,采用数值计算的方法研究了多种来流条件下环境因素对地面涡的流场特征的影响,研究发现:侧风来流时,地面涡强度受到来流速度和离地高度的综合影响:保持离地间隙为0.25,来流速度升高,地面涡强度约在25m/s时达到峰值;离地间隙越小,地面涡的整体强度越大,环量峰值也越高。从0°到90°增大进气夹角,地面涡结构由对涡变为单涡,涡量强度迅速增大。地面涡生成的关键在于进气流管与地面间的相互作用程度,来流速度越低,进气道距离地面越近,越容易生成地面涡;侧风条件下,地面涡的生成不依赖于来流边界层。

为了探究低雷诺数Re下粗糙度Ra对一高亚声速压气机叶型气动性能的影响,在其吸力面布置三种粗糙度分布,每种分布对应15种粗糙度大小。在Re=1.5×10^5时,利用数值模拟手段详细对比了不同粗糙度分布及大小下压气机叶片吸力面边界层分离、转捩规律,揭示了低Re下粗糙度调控压气机叶型边界层发展特性的机理。研究表明,三种粗糙度分布下,叶型损失随粗糙度大小的变化趋势类似。在转捩粗糙区,吸力面分离泡"位移效应"对叶型性能的不利影响随粗糙度增大而被抑制乃至完全消除,Ra=157μm时叶型损失最大分别降低10.16%,16.4%,15.58%;在完全粗糙区,随粗糙度进一步增大,强烈的湍流耗散作用反而致使叶型性能不断下降。在整个粗糙度大小范围内,粗糙度布置在吸力面前缘到转捩点之间时对边界层调控效果较好,能够较大限度地提升低Re下压气机叶型的气动性能。

针对一类具有未知内部动态和外部干扰的二阶非线性系统,提出基于扩展状态观测器(ESO)的超螺旋滑模控制策略。首先,将二阶系统的未知内部动态和外部扰动视为集总扰动,由ESO进行估计和补偿;然后,提出一种组合控制器设计方案,在ESO的基础上由新型边界层超螺旋滑模控制器来获得预期的控制性能;之后,提出一种基于Lyapunov稳定性理论的综合控制器-观测器稳定性分析方法,保证它在未知内部动态和外部干扰下的渐近收敛性;最后,将提出的控制策略在多缸液压机上进行仿真,结果表明:该控制策略对多缸液压机的位置跟踪和输出调平控制效果良好。

为研究两平行圆板间不可压缩径向扩散流动的规律,从动量积分方程出发,推导出在采用双对称收缩段供气的圆盘止推气体轴承中,描述平行间隙内湍流不可压缩无因次边界层厚度与无因次半径比之间变化规律的新公式;采用湍流边界层中的幂次速度型假设,分析得到两平行圆板间径向流动的速度分布的近似解。利用数值模拟的方式,计算得到圆盘气体轴承平行间隙内部的速度分布,并与近似解进行比较。结果表明,新公式能够比较准地反映边界层厚度的发展过程,从而能迅速得到平行间隙内部的速度分布特点。

旨在研究不同非光滑管道壁面流体摩擦阻力特性差异。基于仿生学原理和平板边界层理论,设计凹坑型、凸起型和波浪型3种非光滑管道壁面造型;采用数值模拟方法揭示不同非光滑管道壁面形态对流体摩擦阻力的影响规律;针对减阻性能最佳的凹坑型非光滑管道壁面,探索不同排列方式与流体减阻性能的关系。计算结果表明：凹坑型非光滑管道壁面沿程阻力系数最小,相比基准管道壁面模型其减阻率可提高35.57%;均匀排列方式的管道沿程减阻效果最显著。研究可对管道内壁面基于纹理减阻提供一定的参考依据。

采用流线曲率法求得平均S2流面后,以近似的方法求得S1流面,从而获得了空间导叶表面速度分布;以空间导叶为对象,将复杂的三维边界层问题简化成二维,采用积分法求解,其中在紊流计算时考虑了壁面曲率的影响。在导叶工作面上边界层发生大的分离前,这一方法是适用的。

在M＝0．604、0．703、1．962时对10°锥自然转捩情况下的脉动压力特性进行了测量。试验数据表明：转捩区的压力脉动明显增大，转捩雷诺数（以10°锥顶点至转捩结束点之间的距离为参考长度）随M数增大而增大。