展弦比对NACA0012弹性平直机翼颤振临界特性影响研究

展弦比是飞行器机翼设计的重要参数,研究其对机翼颤振临界特性的影响具有重要的工程应用价值。本文采用三维雷诺平均N-S方程和S-A湍流模型求解NACA0012弹性平直机翼的非定常气动力,结合由模态法建立的机翼结构动力学方程,发展了计算流体力学(CFD)/计算结构力学(CSD)颤振时域数值模拟方法。利用该方法研究了不同展弦比条件下机翼的颤振临界速度和频率。结果表明,由于展弦比较大且材质轻柔,机翼会出现一定幅度的垂向静弯曲变形。展弦比的增大不会影响机翼模态固有振型,但是会导致机翼颤振临界速度、颤振频率和模态固有频率的降低。

在低展弦比透平静叶栅中叶片的弯曲作用

在平面叶栅低速风洞上,对具有直叶片、直线倾斜叶片和弯叶片的低展弦比矩形透平静叶栅进行了吹风实验,并通过实验结果的比较讨论了叶片弯曲对流场的改善作用。

小展弦比飞翼布局飞机稳定特性

飞翼布局飞机为改善隐身特性,取消了平尾和垂尾,构型的改变导致其稳定特性与常规飞机有很多不同。针对小展弦比飞翼布局飞机,分别研究其在几种典型飞行状态下的纵向和横航向的静、动稳定特性,通过与常规布局飞机进行对比,着重揭示了飞翼构型参数、飞行状态与其稳定性间的量化规律,并详细分析了这一布局纵向短周期模态及横航向荷兰滚模态发散的具体成因。

小展弦比飞翼跨声速典型流动特性研究

小展弦比飞翼标模为国内自主设计的融合体飞翼通用研究模型,前缘后掠角为65°,展弦比为1.54。风洞试验结果表明小展弦比飞翼标模在跨声速迎角4°开始出现非线性升力,在迎角12°至16°范围内会出现升力突然下降、俯仰力矩突然上扬的现象。为了分析该现象的机理,通过数值模拟的方法研究了小展弦比飞翼标模在马赫0.9时的流动特性,分析了前缘涡的产生、发展直至破裂的整个过程,结果表明:小展弦比飞翼标模在迎角4°开始出现涡升力;随着迎角增加,前缘涡逐渐向内侧移动,涡强和背风面激波的强度也逐渐增加,前缘涡与激波发生交叉干扰并达到一个平衡流态;当前缘涡与激波无法维持既有平衡时则会发生涡破裂,流场急剧变化以达到新的平衡,从而导致升力突然下降并产生抬头力矩增量。

低展弦比微型轴流涡轮弯叶片设计

针对微型轴流涡轮机面临的低展弦比、低雷诺数导致效率降低的问题,以某型200kW微型燃气轴流涡轮发电机高压涡轮为研究对象,采用数值模拟方法开展了低展弦比下微型弯曲轴流涡轮叶片设计技术研究。对展弦比为0.88的涡轮静叶,分析对比了正弯和J型弯静叶对微型涡轮流场的影响,结果显示:正弯静叶顶部出口气流角较大,造成下游动叶叶尖泄漏损失增大,整体效率下降;而J型弯方案抑制了下游动叶叶背中径的流动分离,整体性能较原型有所提升。然后,研究了J型静叶弯高和弯角对涡轮性能的影响规律,结果表明:采用大弯高小弯角设计的J型静叶提高了静叶根部通流能力,同时合理分配了静叶通道内的负荷以及出口气流方向,对涡轮级流场的改善效果更佳。J型静叶弯高为1、弯角为+5°时,级效率达到0.852,流量为1.205kg/s,较原型分别提高了0.77%和0.96%。

小展弦比飞翼标模雷诺数影响数值模拟研究

采用数值模拟方法开展小展弦比飞翼标模的雷诺数影响研究。使用自行研制的多块对接结构网格亚跨超声速流场解算器程序Mbflow,计算了试验雷诺数、二倍试验雷诺数和飞行雷诺数等三种雷诺数情况下小展弦比飞翼标模的流场。通过对计算结果的分析研究,得到了不同马赫数(Ma=0.2、0.8和1.5)和攻角情况下雷诺数对小展弦比飞翼标模的气动特性和流场特征的影响规律。小攻角情况下,雷诺数主要影响摩阻的大小;而大攻角时,雷诺数对压阻也有明显影响。在亚声速时,雷诺数主要影响分离涡的起始位置和强度;跨声速和超声速时,雷诺数还会影响到激波的位置和强度。进一步研究了小展弦比飞翼标模的自准区雷诺数问题,发现试验雷诺数接近于小展弦比飞翼标模的自准区雷诺数。

小展弦比叶栅非轴对称端壁造型及气动性能的数值研究

提出了基于双控制型线的非轴对称端壁造型新方法,并在某小展弦比叶栅的上下端壁上完成了非轴对称端壁造型设计.采用数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和考虑转捩模型的SST湍流模型对轴对称端壁原始叶栅和非轴对称端壁叶栅进行了详细的流场特性分析,结果表明:所提方法可以有效减少进入叶栅通道涡的低能流体,从而抑制了通道涡的发展,减少了二次流损失.由于叶栅展弦比较小,所以非轴对称端壁会影响到整个流场,使得出口气流角在整个叶高范围内有所增大,中叶展处叶片负荷下降,型面损失减少.与轴对称端壁原始叶栅相比,非轴对称端壁叶栅效率提高了0.22%,从而验证了所提方法的有效性.

小展弦比飞翼布局作战飞机可控性设计方法

飞翼布局飞机取消了常规布局飞机采用的安定面和操纵面,由此引起其可控性设计的诸多新问题。以某小展弦比飞翼布局作战飞机为例,利用风洞试验结果研究了几种典型新型操纵面的操纵新机理及不同飞行条件下的操纵效能等。基于可控性设计的要求,估算了该飞翼构型作战使用所需的三轴最大控制力矩系数。通过引进舵容量的概念提出了新型操纵面的参数化设计方法,最后对这一新布局方案进行了可控性评估,为飞翼布局飞机概念设计阶段的新型操纵面布置和设计提供了一种实用的方法。

高负荷低展弦比氦涡轮端壁损失机理研究

为指导高负荷低展弦比氦涡轮设计,以多级氦涡轮第一级为研究对象,借助数值模拟技术对低展弦比涡轮动静叶通道涡迁移机制进行研究,并考察了叶片弯曲对涡轮气动性能的影响。结果表明:受轮毂道涡影响,导叶出口近叶根处气流过偏转,导致转子前缘近轮毂区正攻角变大;叶片根部负荷增大,致使马蹄涡压力面分支与吸力面分支交点前移;轮毂通道涡径向迁移至近叶顶区,其与叶尖泄漏涡相互影响致使叶顶区粘性损失显著增大。弯叶片对低展弦比大折转涡轮叶片的作用效果与传统涡轮具有明显差别:叶片正弯时叶顶负荷减小,导致叶顶间隙泄漏涡与通道涡强度及损失显著下降,涡轮性能得到改善;叶片反弯时叶顶负荷增大,致使叶尖泄漏损失增大,且强径向压力梯度作用下下端壁低能流体向叶顶汇聚,损失显著增大。

小展弦比飞翼标模纵航向气动特性低速实验研究

对小展弦比飞翼气动布局外形,通过常规测力风洞实验方法得到其纵向气动特性和偏航控制特性,在分析其气动特性后,选取典型的状态采用PIV实验方法对其流动机理进行研究,研究表明小展弦比飞翼在较小的迎角下即出现前缘分离涡,随着迎角的增大,前缘分离涡强度增大,且逐渐往机体对称面方向移动,随着迎角进一步增大,分离涡变得不稳定,涡核开始摆动,最终破裂,破裂位置从后缘开始,逐渐前移。对小展弦比飞翼气动布局飞机的控制难点偏航控制进行研究,结果表明该飞翼布局模型在实验迎角范围内偏航方向是静稳定的,在小迎角下具有可操纵性,迎角大于6°后嵌入面处于破裂的前缘涡尾迹之中,操纵性降低。

后加载技术在极小展弦比叶栅中的应用

具有后部加载载荷分布的透平叶片能有效控制叶片通道内二次流的形成 ,降低二次流动损失 ,同时该类型叶栅具有良好的攻角适应性 ,因此可以显著提高叶栅通道内的流动效率。本文应用后加载技术设计了一种具有后部加载特性的极小展弦比静叶栅。其叶栅的数值分析结果和实验结果表明 ,叶栅有低的三维叶栅损失 ,叶栅性能随不同展弦比、不同攻角和不同出口马赫数的变化不大。

低展弦比透平叶片弯曲方法研究

低展弦比透平叶片弯曲方法研究王仲奇，韩万今，徐文远（哈尔滨工业大学哈尔滨１５０００１）关键词：低展弦比，透平叶片，弯曲方法。ＳＴＵＤＹＯＦＣＵＲＶＥＤＭＥＴＨＯＤＯＦＴＵＲＢＩＮＥＢＬＡＤＥＷＩＴＨＬＯＷＡＳＰＥＣＴＲＡＴＩＯ￥ＷａｎｇＺｈｏｎｇｑｉ...

小展弦比飞翼布局高速标模测力天平研制

小展弦比飞翼布局的纵横向气动特性差异大,对天平测量与校准提出了较大挑战。专用天平针对其气动载荷特点和气动力试验需求,通过对常规片梁和柱梁组合的组合测量元件进行改进,提高了横向载荷的测量灵敏度,使得组合元件满足天平除轴向力外的5个分量的灵敏度测量需要。天平选用横Π型梁作为轴向力的测量梁,降低了其他分量对轴向力的干扰。在天平校准时通过施加纵向冲击振动的工程方法完成天平加载头的安全拆卸并应用于模型的拆卸。研制的天平已完成了相关风洞测力试验。

极小展弦比背鳍气动特性研究

对极小展弦比背鳍进行了风洞实验和CFD分析。研究表明:亚声速大迎角下背鳍涡破裂影响不严重,且涡破裂迎角较大;正侧滑通常使背鳍法向力增加,负侧滑使法向力降低;CFD分析证实了大负侧滑条件下翼片法向力会变成负值,从而引起十字翼在倾斜条件下滚转力矩发生突变。

计及动态失速和有限展弦比的立轴风力机气动分析

结合Darrieus立轴风力机运行时叶片非定常气动特性,对B-L动态失速模型进行了适当修正。考虑叶片有限展弦比效应和叶尖气动损失,修正了等截面叶片的气动性能。基于DMST气动评价方法,给出了考虑动态失速和有限展弦比效应的Darrieus立轴风力机气动性能计算模型。对Sandia实验室17 m风力机进行了气动评价,分析了动态失速与有限展弦比对叶片气动特性的影响,与实测的功率和功率系数的对比表明,该模型能较好地预测Darrieus立轴风力机的气动性能。

大展弦比夹芯翼大攻角颤振分析

首先导出大展弦比复合材料梁弯扭耦合模态的半解析解 ,对具有 NACA0 0 12翼型的大展弦比的夹芯翼 ,在模态空间内建立了运动方程。然后采用半经验的 ONERA非线性气动力模型描述空气动力 ,形成了对大展弦比夹芯翼大攻角气动弹性问题的描述。通过结构求解器和空气动力求解器联合求解来完成非线性颤振边界的计算。为了验证非线性颤振边界的求解方法 ,还利用 ONERA气动力模型中的线性部分建立了夹芯翼的线性颤振方程。结果表明 :零翼根攻角时 ,线性颤振速度与用非线性颤振边界求解方法得到的颤振速度完全一致 ;颤振速度随翼根攻角的增加而迅速减小 ;复合层铺设方式对颤振速度有较大影响。

小展弦比飞机非线性气动特性风洞与飞行相关性研究

在较大迎角范围 ,如何由风洞试验数据预计全尺寸小展弦比飞机的非线性气动特性 ,并与飞行值相关 ,始终是国际航空界致力解决的重大问题 ,本项研究采用风洞试验与工程计算相结合的方法 ,对支架、洞壁、进气、喷流、雷诺数及静弹性等影响相关性的诸因素予以修正 ,并计及配平影响 ,从而比较准确地预计出全尺寸飞机的非线性气动特性。

小展弦比飞翼布局新型嵌入面航向控制特性研究

在小展弦比飞翼布局机翼外侧上/下表面分别设计了一组中等后掠角嵌入面,并对其跨声速时的航向控制效果及其流动机理进行了风洞试验和数值模拟研究。计算和试验结果表明,上嵌入面可在小迎角范围通过轴向力和侧向力的共同作用提供稳定的偏航力矩,实现航向控制;当α>6°时,由于嵌入面逐渐处于前缘涡的影响范围内,在前缘涡的吸力作用下,嵌入面航向控制效果迅速下降,直至失效,且进行航向控制时存在不利的滚转耦合;下嵌入面可在全迎角范围内提供稳定的偏航力矩,实现航向控制;通过在小迎角范围内使用上嵌入面,α>6°时使用下嵌入面,不仅可在全迎角实现航向控制,且不影响飞机的隐身性能。

超微型涡轮中极低展弦比静叶栅流场特性的数值研究

通过数值求解柱坐标系下三维定常粘性雷诺时均N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型和非平衡壁面函数,获得了超微涡轮中极低展弦比静叶栅流道内部的三维稳态粘性流场,揭示了其独特的流场物理特性和气动损失规律.结果表明:超低展弦比涡轮叶栅中存在双二次流现象;尽管超微燃气涡轮静叶栅高度仅为1.3 mm,壁面影响区占叶高的总高度仍不超过3%;叶片的静压载荷主要由中部弧段承担;总压损失主要发生在近壁区,尤其是吸力面近壁区;静叶栅径向各截面最大马赫数并不是出现在主流中央,而是介于主流中央和壁面之间的一个狭小区域,这可能与通道低能二次流与主流的掺混作用有关.

微型飞行器小展弦比机翼的低雷诺数气动力特性分析

以固定机翼式微型飞行器的气动设计为研究背景 ,对小展弦比薄机翼的低雷诺数气动力特性进行了数值分析。不可压粘性绕流的求解采用了人工压缩性方法 ,其中对流项的离散应用了三阶迎风格式。湍流模型为Bald win Barth一方程模型。一无弯度薄翼的数值计算结果表明本文的数值方法是成功的。通过数值分析 ,揭示了弯度和展弦比对气动力特性的影响 。