基于CFD与风洞试验的边主梁涡振气动措施

为能够快捷且经济地完成开口类钝体桥梁断面涡振制振气动措施的选型,以一座边主梁叠合梁斜拉桥为背景,采用“CFD(computation fluid dynamics)数值模拟选型+风洞试验验证”的思路对其涡振制振气动措施选型进行研究.该桥原设计主梁断面在常遇风速下存在显著涡激振动,为完成气动措施的初步选型,采用CFD数值计算对原设计断面的流场进行模拟,通过研究原设计断面的旋涡脱落状态确定主要旋涡抑制对象,进而有针对性地模拟了3种气动措施(下中央稳定板、导流板与风嘴)对主要脱落旋涡的抑制作用,通过将各断面旋涡脱落状态与三分力系数进行对比分析,得到各断面涡振性能的相对优劣关系,并最终选取风嘴与下中央稳定板结合而成的组合气动措施进行风洞验证试验.试验结果表明:该组合气动措施能够有效抑制梁体在各风攻角下的涡激振动,且在+5°风攻角下,通过风洞试验得到的导流板、下中央稳定板、风嘴组合气动3种措施对原设计断面涡振振幅的减小作用依此递增,分别为2.7%、27.7%与87.4%,制振能力高低关系与数值模拟结果相一致;本次数值模拟结果符合预期要求,未来可针对不同类型桥梁断面进一步扩展数值模拟与风洞试验结果对比的数据集,以期更为准确、快捷地完成气动措施的选型.

水滴形大跨钢屋盖结构风洞试验和风振分析

自然风经过大跨结构时,由于结构屋顶形状不规则,通常会引起柔性屋面的振动,因此针对大跨屋面结构抗风设计需要考虑风压分布和风振响应。以陕西省水务集团矿泉水生产车间为工程背景,制作了1∶200的刚性模型,通过刚性模型风洞试验测得该水滴型大跨钢屋盖结构的表面风压,研究了屋盖表面典型测点及整体的风压分布规律。基于风洞试验数据,对结构进行风振时程分析,得到了屋盖表面的风振响应和风振系数。结合刚性模型风洞试验和风振分析,深入研究了水滴形大跨屋盖结构的风压分布规律和风致振动特性,并总结了其共性规律。

基于气弹模型风洞试验的高耸桅杆风振响应特性

为了探究高耸桅杆结构风振响应特性,采用刚性节段加连接棒法制作了356 m高桅杆的气弹模型,通过风洞试验研究了桅杆结构的位移响应高度分布特征和模态参与特性,并分析了风速和风向的影响.结果表明,桅杆结构的位移响应随高度呈非线性变化,其最大平均和脉动响应均出现在顶部2层纤绳锚固点间的中间部位.桅杆结构的横风向响应基本与顺风向相当.风向改变对平均位移有一定影响,对脉动无明显影响.结构顺、横风向风振响应中前三阶模态振动能量具有相近量级,且风速变化会对桅杆结构的模态频率产生一定影响.结构气动阻尼均为正值,且随风速增加而增大.桅杆结构的顺风向风振系数除底部外,其他高度均要显著低于规范值.风速和风向的改变对桅杆中、上部的风振系数影响较小,仅在底部影响较为明显.

近地面大长宽比跟踪式光伏阵列风洞试验研究

为明确近地面风场对跟踪式光伏结构风荷载取值的影响,本文基于风洞试验和计算流体力学(CFD)模拟对单排光伏组件的倾角、风向角、离地高度展开分析,并在此基础上研究了多排光伏阵列在不同风向角下,其遮挡效应对体型系数取值的影响.结果表明:单排光伏组件的表面风压符合梯形分布方式;多排光伏阵列中上游组件对下游的遮挡程度会随倾角的增大而增长,且后排光伏组件体型系数随着前排遮挡的增多逐渐趋于稳定;离地高度对光伏组件及阵列的体型系数存在一定的影响.

超高桥塔的气弹模型风洞试验及其等效静力风荷载

为研究超高桥塔的气弹模型风洞试验方法及其等效静力风荷载,根据某实际工程中的超高桥塔建立了有限元模型,进行了动力特性计算,进而设计了相应的气弹模型,并开展了风洞试验。在此基础上,开展了超高桥塔风致振动的非线性时程计算,并基于阵风荷载因子法,对比了以位移、内力和应力为单一目标的超高桥塔的等效静力风荷载。结果表明:斜风作用下的桥塔风致振动比较显著,其影响随着风速的增大而愈加明显;当风向角为75°~90°时,超高桥塔将在风速为35~50 m·s^(-1)的区间发生顺桥向的侧弯涡振,但幅值较小;基于应力的阵风荷载因子比基于位移或内力的阵风荷载因子更加稳定,这使得基于应力的等效静力风荷载要优于基于位移或内力的等效静力风荷载,比较适合于超高桥塔。

路堤-桥梁过渡段车辆气动力风洞试验研究

为了探究路堤-桥梁过渡段处车辆的气动力,建立1:50的大比例尺路堤-桥梁过渡段和车辆试验模型,在桥梁和路堤段分别布置两种风屏障,并在车辆模型表面布置多个测压点,以研究不同防风措施下处于不同风向角的路桥过渡段车辆气动力。试验结果表明:与无防风措施相比,布置桥梁风屏障后最不利风向角会从-15°变为0°,此风向下过渡段处车辆的三分力最大;再进一步布置路堤风屏障后最不利风向角不变,但大幅度减小了0°风向角下车辆的侧力系数和力矩系数;布置路堤风屏障能有效减小车辆所受三分力;不同风向角下改变陆地风屏障参数产生的影响不同,针对路堤-桥梁过渡段布置防风措施时,应充分考虑其来流方向,以达到最优效果。

风洞试验模型姿态精确计算

针对传统姿态角计算存在计算复杂和不准确的问题,根据理论和工程实践方法,建立向量角度坐标系,给出不同飞行姿态坐标系之间的变换与角度定义关系,能够精确计算出对应坐标系姿态角大小,并判定其方向,尤其在通道耦合计算时,使得坐标系间的姿态角计算只跟角度有关系,而跟坐标系变化次序没有关系。结果表明:该方法能简化计算过程,解决风洞实验和飞行器运动过程中姿态角求解复杂、误差大的问题。

大客车尾翼的数值模拟与风洞试验

为了研究尾翼对大客车气动特性的影响,采用数值模拟和风洞试验相结合的方法,从造型方案、位置布置、倾角变化等方面对大客车量产实车的3种尾翼进行研究。结果表明:布置在车身后围,与后围曲面过渡平顺,距后围距离恰当,倾角合适的尾翼能达到较好的减阻效果,可减小11.8%的气动阻力,产生一定节能效果,并具有后窗除尘的作用。

脉动压力风洞试验采样参数确定方法及应用

综合考虑脉动压力风洞试验中的时间延迟效应,以及结构振动响应分析时截止频率相关要求,推导出采样频率的计算公式。依据统计学理论,推导特定置信度和准确度下的采样时间的计算公式,并计及结构振动响应计算中对频率分辨率的要求,建立采样时间的确定方法。从输入参数、计算过程和结果出发,建立了信号采样参数的确定流程。以飞机典型结构脉动压力风洞试验为例,对该方法进行了说明,分析了相似换算后结构原型的脉动压力功率谱密度,结果满足振动响应计算需求,表明所提采样参数确定方法可行有效。该方法理论依据明确,对脉动压力风洞试验设计具有指导意义。

机身气动特性CFD计算与风洞试验结果相关性分析

机身气动特性结果是直升机研制过程中重要的设计输入,目前主要通过风洞试验和CFD计算两种方法来获得,两种方法得到的机身气动特性结果存在一定的差异。首先对三种直升机机身模型的CFD计算与风洞试验结果进行了对比;之后分别采用增量法和比例法两种方法分析了两者的相关性。结果表明,在小角度时两者的差值基本不变,大角度时两者的比值基本一致。研究结果对提高CFD计算的可靠性和改进CFD计算结果修正方法有一定的作用。

沿海地区索结构体育馆风洞试验与群风效应研究

针对两类屋面型式(上凸型和下凹型)、四种屋盖结构(单层马鞍形索网、轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶),设计制作了缩尺比分别为1∶250、1∶200两个试验模型,在B类地貌下开展了60组模型风洞试验,探究了全风向角下两类屋盖结构的风压峰值分布规律,分析了不同风向角、邻近建筑对目标建筑物风压特性的影响规律。结果表明:全风向角下来流方向无邻近建筑影响时,两类屋盖迎风面区域的负风压峰值最大,分别较上凸型和下凹型屋盖中间区域的负风压峰值高约3.0、1.5倍;屋盖中间区域风压峰值分布均匀,以承载负风压为主,仅下凹型屋盖中部出现正风压;风向角对屋盖风压分布的影响主要体现邻近建筑物的干扰上,其对屋盖平均和脉动风压系数的影响以来流方向无邻近建筑时最大、来流方向有邻近建筑时次之、尾流方向有邻近建筑物时最小;屋盖迎风面测点风压概率分布具有明显的非高斯特征,存在极大负压值,而屋盖中间和尾流区域的测点风压具有典型的正态分布特征。

台风作用下深圳新世界中心风致响应实测与风洞试验研究

依据近10年来监测到的5次强台风过境期间深圳新世界中心的实测响应数据,分析了该建筑结构在台风影响下的响应特点和模态参数变化特性,并将实测结果与粗糙度指数α分别为0.22,0.30和0.35地形下的风洞试验结果进行了比较。结果表明:历次台风影响下实测建筑达到最大振幅附近时均表现为明显的横风向振动,且最大振动方向均为南北方向;实测最大峰值加速度为17.28 cm/s^(2),满足舒适度要求;台风过境时,建筑结构模态频率表现出明显的振幅依赖性和时变特性,采用“时变”方式描述更加合理,几次台风过程的结构模态频率均是随时间先减小,在最大风速时达到最小值,然后增大并恢复到常态值;结构模态阻尼比在中低振幅区域分布较为离散,随着振幅的增加,阻尼比有所增大,顺风向和横风向的阻尼比最大分别为1.9%和1.2%;实测结果更接近于α为0.35地貌的风洞试验结果,显示C类地貌的风洞试验结果偏于保守。

外挂物气动特性的数值模拟和风洞试验

根据外挂物高、低速风洞测压试验数据和CFD数值仿真模拟,获得了左右侧机翼下外挂物的气动特性。基于“三层次”网格生成技术,利用有限体积法求解带有湍流模型的Navier-Stokes方程,对外挂物扰流流场进行数值模拟,结合高、低速测压风洞试验,验证了研究手段的有效性,分析了不同气动力系数随攻角、侧滑角及马赫数的变化情况。结果表明:高、低速下外挂物升力系数受攻角影响的规律一致;在正侧滑时,机身的遮挡对右机翼下外挂物的侧向力系数和偏航力矩系数的影响较大。

小型动力直驱单旋翼风洞试验技术

倾转旋翼机是一种集固定翼飞机和直升机优点于一身的新型飞行器。通过倾转轴带动机翼和螺旋桨的倾转,倾转旋翼机可以实现垂直起降和水平飞行两种模式的切换,因此与传统飞机相比,倾转旋翼机具有机动性强、载重量大、可垂直起降等优点。近年来对倾转旋翼机的研究已经成为航空领域的新热点。

高超声速火箭橇气动特性优化与风洞试验

为研究如何在不额外增加稳定装置的基础上提高超声速条件下火箭橇的在轨运行稳定性,基于数值分析方法开展了高超声速火箭橇气动特性优化设计,并通过风洞试验对优化后的橇体进行了不同工况下的气动特性研究。建立了基于SST湍流模型、N-S控制方程的火箭橇气动特性数值分析方法,通过经典双椭球模型对计算方法的准确性进行验证。基于气动特性数值分析方法开展橇体气动外形设计,对整流板俯仰角、侧偏角以及前、后滑靴的位置进行优化。通过风洞试验对优化后的橇体进行不同工况下的气动特性研究,分析马赫数、雷诺数以及轨道和地面效应的影响。研究结果表明:火箭橇高超声速气动特性数值分析方法的精度约为86.94%,可以用来模拟火箭橇在高超声速流场中的气动特性;在Ma=5时,优化后的模型相较于优化前的模型,气动阻力减小了约23.57%,气动升力减小了约38.49%;随着马赫数的增加,橇体阻力系数呈下降趋势,当Ma从4增加到6,橇体的阻力系数下降约19.98%;橇体升力系数与俯仰力矩系数均随着雷诺数的增大而增加,Ma=5,当雷诺数从1.80×10^(7)变化到3.60×10^(7)时,橇体的阻力系数与俯仰力矩系数分别增加约8.95%和13.09%;轨道和地面会导致橇体阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数同时增加,其中俯仰力矩系数的变化最为显著,3组对比试验的俯仰力矩系数平均增量约为992%。该研究可为高超声速火箭橇设计提供数据支撑,具有一定的工程应用价值。

基于风洞试验与规范规定值的光伏支架风荷载取值研究

为完善光伏支架风荷载研究,首先对比分析不同规范光伏支架风荷载计算原则及相关参数取值特点;其次对某固定可调式光伏支架进行刚性模型测压风洞试验,得到典型倾角与风向角组合工况下光伏结构体型系数,并利用风洞试验结果进行瞬态分析得到典型工况下光伏支架风振系数;最后将试验得到的风荷载取值和相关参数与参考的各规范取值进行对比。结果表明:各规范及风洞试验风压系数、阵风影响评价系数和风荷载均存在明显差异;风洞试验风压系数明显低于各规范规定值,风振系数结果远大于国内规范值1.0,超过其1.64~2.05倍,与国外规范也存在很大差距。总的来说,结构迎风时风荷载与风压系数小于结构背风时按照中国规范进行光伏支架抗风设计结果偏激进,按照国外规范则结果偏保守;常用规范中光伏支架风荷载规定并不合理,为安全合理地指导光伏结构抗风设计,还需进行更多抗风研究。

基于测压风洞试验的钢桁梁上列车二维气动导纳研究

基于节段模型测压方法,建立了列车二维气动导纳的识别方法。在紊流场风洞试验中,获取了0°攻角时钢桁梁上列车抖振力的展向相关性;识别了钢桁梁上列车中车的三维气动导纳,探究了钢桁梁上列车中车三维气动导纳与二维气动导纳的关系。可知,随无量纲折减频率及展向间距的增大,抖振力的展向相关性逐渐减小,列车抖振力展向相干函数可用Jakobsen模型较好地拟合。当k_(1)B/2小于0.3时,二维气动导纳值为1,三维气动导纳会明显低估列车的气动导纳值。当k_(1)B/2大于0.3时,三维气动导纳会明显地高估二维气动导纳函数值,且随着折减频率的增大,气动导纳值减小。最后,给出了列车二维气动导纳函数及相干函数的数学表达式。研究成果可为风-列车-桥梁耦合振动计算分析提供参数。

弹性全模突风动载荷风洞试验技术研究

目前,欧美等世界主要航空大国已经具备较为成熟的突风风洞试验技术,但中国突风风洞试验技术相对落后,特别是缺少大型风洞全机级突风试验装置和相关技术。本文研制了突风发生器、五自由度支撑系统和全机弹性模型,并进行了全机模型突风动载荷风洞试验验证。试验结果表明:突风流场稳定,叶片两端与风洞中心位置突风速度偏差小于25%;全机支撑系统支持刚度小而稳定性好,能够满足突风动载荷试验模型悬挂要求;采用非均匀突风场仿真计算结果与风洞试验实测结果接近,翼根弯矩误差小于15%,翼尖过载绝对值误差小于0.2g。

风力机翼型尾缘迎风降载工况挥舞振动风洞试验研究

停机变桨降载是极端台风天气下保障大型风力机结构安全的重要措施,风力机叶片尾缘迎风(攻角180°)时,翼型的气动力系数相对较小,是一种有利的降载工况,但有可能发生挥舞方向单自由度振动。本文基于风洞试验,研究了典型风力机翼型在尾缘迎风降载工况下的挥舞单自由度气动弹性振动特性。研究发现,叶片不同截面的翼型在特定的来流攻角和结构无量纲减缩频率下均会触发挥舞失稳振动,总体的失稳攻角范围为155°~167°。失稳区域呈倒“V”字形,结构减缩频率越低,诱发挥舞振动的攻角范围越大。这种挥舞振动表现出锁频特性,即振动频率锁定于结构固有频率,且振动幅值随着减缩频率(与来流风速成反比)的降低而增加。对于普遍具有预扭设计的现代风力机叶片,叶片在进行尾缘迎风的降载设计时,应尽量避免主要叶片截面进入挥舞失稳敏感攻角区域,以免造成结构损坏。

概化峡谷地形风场特性风洞试验

为研究峡谷地形的风场特性,首先对比了4类规范对峡谷地形风压或风速修正的规定;其次,以V形对称坡度概化峡谷地形为研究对象,通过风洞试验,研究了其横断面方向和沿峡谷走向地形风速分布规律,并讨论了风向角对于峡谷地形风速分布的影响。结果表明:国外规范对峡谷地形风速修正规定较少,国内规范规定的峡谷风速修正系数在1.07~1.22;0°风向角下,风速地形修正系数沿峡谷中轴线基本对称;在测试高度范围内,沿峡谷走向加速区逐渐缩小,减速区逐渐变大,风速地形修正系数极大值逐渐减小,其极值均出现在“H1ZX”横断面,数值分别为1.345和0.456;0°和15°风向角下,沿峡谷走向,风速地形修正系数分别呈“旋涡状”和“山丘状”,减速区位置也不相同;谷底位置处的风速加速效应很有限,仅在峡谷风速入口位置附近存在加速效应,且风速修正系数值最大值小于规范规定最大值(1.22)。