冰脊形成过程数值模拟及NSDBD防护研究

冰脊会造成机翼气动性能的降低,是危害飞行安全的重要因素。利用结构化网格和中心有限体积法求解N⁃S方程获得空气流场,运用拉格朗日法获得水滴撞击特性,基于Messinger结冰热力学模型针对NACA 0012翼型的结冰进行了数值模拟,获得的冰型与实验结果吻合良好,验证了计算方法的准确性与可行性。在此基础上,在NACA 0012翼型上设置防冰区并考虑防冰热载荷的作用,对大水滴条件下冰脊的形成过程进行了数值模拟,得出了环境温度、液态水含量和防冰热载荷对冰脊形成的影响规律。此外,通过在冰脊形成位置布置纳秒脉冲阻挡介质放电(Nanosecond dielectric barrier discharge,NSDBD)等离子体激励器,探究了在大水滴条件下NSDBD对冰脊的防护效果。研究结果表明:在大水滴情况下,环境温度的增加使得冰脊的范围增加而高度降低;液态水含量的增加使得冰脊的范围增大并且高度增加;防冰热载荷的增加可以增加防冰区内水分的蒸发,进而减少冰脊的生成;大水滴情况下可能由于水滴直接撞击至下翼面防冰区外进而导致冰脊的形成;NSDBD对空气进行加热,增加溢流水的蒸发,使得低液态水含量下形成的冰脊消失,使得高液态水含量下冰脊的形成位置推后。

有错排射流冲击的短通道流场研究

用实验和数值模拟的方法,研究了在错排冲击孔作用下的受限通道的流场结构。并用五孔探针对通道的流场进行了详细的测量,着重研究了不同雷诺数和不同通道高径比(通道高度与射流孔直径之比)对通道内流场结构的影响。实验结果表明:通道的流场中存在着复杂的漩涡结构;在同一高度下,雷诺数的改变对通道流场的影响很小;通道高度的改变对通道流场有明显影响。

带扰流柱的冲击/溢流冷却系统的换热特性研究(英文)

本文应用瞬态热色液晶测量技术对两种应用于涡轮叶片的典型层板结构进行了内部表面换热实验研究,获得了该层板结构内表面的局部换热系数以及平均换热系数分布规律。实验结果表明不同的开孔率对层板内部换热有重要影响,开孔率越大,内部换热效果越好;随着冲击孔雷诺数 Reynolds 的增加,内部表面平均换热系数呈线性的增加。

壁冷叶片冲击射流孔的流动特性实验研究

用实验的方法对涡轮叶片壁面冲击冷却的流动特性进行了研究,并用直头五孔探针对冲击射流孔内的流场进行了详细的测量,着重研究了不同雷诺数和不同的通道高度比(通道高度与射流孔直径之比z/d)对射流孔内流动结构和流量系数的影响。实验结果表明:通道高度的变化会明显改变孔内的流场结构和孔的流量系数;而在同一通道高度下,雷诺数的改变对孔内流场影响相对较小。在射流孔内存在着漩涡结构,这有助于深入了解气膜冷却的内在机理。

翼型结冰过程数值模拟验算与分析

应用FENSAP-ICE结冰计算软件,对NACA0012翼型进行了流动特性、水滴撞击特性以及冰型生成过程的计算;同时,对结冰前后的翼型进行气动力特性计算对比分析,其中包括升力特性对比、阻力特性对比、流场细节分析以及压力系数分布对比。计算结果表明:翼型前缘结冰后,导致翼型前缘气流提前分离,最大升力系数、失速攻角大幅减小,阻力系数明显增加;冰型计算结果与文献中的实验冰型结果符合良好,满足工程应用要求。

射流冲击的短通道出流孔流场的数值模拟研究

这里用数值模拟的方法,研究了在错排冲击孔作用下的出流孔的流场结构。并用五孔探针对出流孔内的流场进行了详细的测量,着重研究了不同的雷诺数和不同的通道高径度比(通道高度与射流孔直径之比)对射流孔和通道内流场结构的影响。实验结果表明:出流孔的流场中存在着复杂的漩涡结构;在同一高度下,雷诺数的改变对通道流场的影响很小;通道高度的改变对出流孔的流场有明显影响。

气动参数对后台阶三维缝隙换热影响的研究

针对涡轮叶片尾缘冷却结构特点,建立了后台阶三维缝隙结构气膜冷却特性试验台,测量了缝隙中心和肋中心下游换热系数的局部分布,研究了不同雷诺数Re（5000-15000）与吹风比Br（0.5-2.0）对换热系数的影响规律,试验结果表明：（1）出口的换热系数总体呈下降趋势,但在肋后中心线略有起伏;（2）随着Re的增大,换热系数增大,随着Br的增大,换热系数减小;（3）在靠近出口位置,由于热边界层与三维掺混特性流场的影响,使得换热变得复杂。

射流布局结构对短通道出流孔流场影响的实验

用五孔针对两种不同错排射流布局下小长径比、进出口无倒角的直孔内流场进行了详细的测量,着重研究不同通道高度时射流布局对孔内流动规律的影响。实验结果表明:在通道高度比为1时,射流布局影响较小,孔内流动非常类似;当通道高度比增加到3,5时,射流布局影响明显,使孔内流场出现截然不同的变化;孔流量系数受射流布局影响较大,并随通道高度增加有所变化。

有错排射流冲击的受限长通道及出流孔流场的实验研究

用五孔针对简化后的涡轮叶片错排射流冲击受限长通道及出流孔流场进行了详细的测量,着重研究受限通道及出流孔内的流动特性,获得通道和射流孔侧壁静压的变化规律。实验结果表明:受限通道内因射流诱导及壁面限制形成漩涡,使高速气流向通道侧壁甚至孔板面集中;出流孔内存在很强的逆时针方向漩涡,气流分离严重,流量系数仅为0.3;通道及射流孔压力沿流向呈加速下降趋势,通道侧壁压力在出流孔位置略有回升。

射流冲击对短通道出流孔流场影响的实验研究

在有错排射流的短通道内,用五孔针对小长径比、进出口无倒角的直孔内流场进行了详细的测量,着重研究不同通道高度和射流雷诺数对孔内流动规律的影响。实验结果表明:通道高度的变化会显著改变孔内的流场结构,从而影响孔的流量系数;而同一高度比情况下,雷诺数变化的影响则相对较小;孔内流动存在旋涡结构并随通道高度的增大而减弱以至消失,该结果有助于深入了解上游有射流冲击的通道连接段的流动与换热规律。

后台阶三维缝隙气膜冷却的非稳态数值模拟

为了进一步深入了解涡轮叶片尾缘冷却结构的气体流动情况及冷却特性,在原有稳态计算模型的基础上建立了非稳态的计算模型,研究了不同吹风比下(0.5,2.0)的出口壁面冷却效率的分布情况。计算结果表明:(1)非稳态效应使得出口下游的湍流度增大,非稳态时均冷却效率的计算结果比稳态的要低一些。(2)吹风比为2.0时,二次流对出口附近流动起决定作用,并且冷气的横向掺混充分,主流二次流的上下掺混缓慢;吹风比为0.5时,主流与二次流的上下掺混剧烈,非稳态的计算结果在出口肋后附近的冷却效率比稳态结果有所提高。(3)非稳态的计算结果比稳态的计算结果更接近实验结果。

有冲击的受限通道内流场的数值仿真

采用数值模拟的方法对简化后的涡轮叶片冷气通道进行了数值模拟,着重研究端壁对有错排射流冲击的冷气通道的影响。结果表明:通道内的横流把射流推向下游并阻止其冲击到靶面,横流作用对通道下游流场有很大影响;射流的冲击反卷和诱导作用在射流两侧形成方向相反的漩涡,漩涡把靶面部分高速区卷到左右侧壁,甚至达到射流孔板附近,产生较大的速度梯度;上游横流作用使射流下游形成低速区,随着横流的发展低速区逐渐减小,并向射流孔板方向偏移。

后台阶三维缝隙冷却效率的数值模拟

针对涡轮叶片尾缘冷却结构特点，建立了后台阶三维缝隙结构气膜冷却特性计算模型，计算了冷却效率在出口壁面的分布，研究了不同雷诺数（5000，15000）与吹风比（0．5—2．0）影响，计算结果表明：在缝后壁面冷却效率是单调递减的，而肋后冷却效率是先增大后减少的分布规律；二次流出口壁面冷却效率受吹风比影响较大，冷却效率随吹风比增大而减小；壁面缝后冷却效率受雷诺数的影响较小。

错排射流冲击受限短通道内流场的实验研究

用五孔针对简化后的涡轮叶片错排射流冲击受限短通道流场进行了详细的测量,着重研究受限通道内各截面的流动规律,以及射流孔错排布置、出流孔、通道高度比和射流雷诺数对通道流动特性的影响。实验结果表明:通道高度比的变化会显著改变通道内的流场结构;在同一高度比下,射流雷诺数变化对流场结构的影响很小;出流孔的抽吸作用使附近气流加速并在通道内出流孔位置形成一局部低速区;受错排射流诱导及冲击靶面后壁面射流反卷通道内形成漩涡,使高速气流向通道侧壁甚至孔板面集中,该结果有助于深入了解错排射流受限通道内冲击冷却的内在机理。

某型航空发动机仿真控制器调节计划实现

为了解决某型航空发动机的调节计划问题,介绍了某型发动机数字控制器的各种调节计划,论述了系统中数字控制器的调节计划并进行了仿真。该仿真系统既是为发动机电子控制器提供一个仿真的环境,也可以作为控制器算法的验证平台,即用一个控制算法与该仿真平台相连,使整个系统可以工作,并使平台能够实现数据的通信与转换,计算结果可用来评定该控制算法的性能。系统采用与真实电子控制器相同的控制算法来模拟电子控制器。

机翼前缘结冰对大飞机纵向模态特性的影响

结冰导致飞机气动特性恶化,进而影响飞行品质。针对机翼前缘结冰条件下飞机全包线范围飞行品质评估问题,提出了基于自适应拟配初值的等效系统拟配方法,构建了机翼前缘结冰构型,并通过数值模拟得到背景飞机机翼前缘结冰气动数据。建立了飞机系统模型,进行升降舵倍脉冲操纵,进而得到飞机的响应数据。分析数据特征计算了自适应拟配初值,在飞机全包线范围内干净构型及不同结冰严重程度条件下进行了等效系统拟配,获得了纵向短周期飞行模态特性参数,进而得出相应的飞行品质等级。仿真结果表明:结冰会对飞机模态特性造成影响,使得飞行品质降低,严重时可能导致飞行品质发生降级。

POD-BPNN预测模型及结冰条件不确定性量化

当前,数值模拟作为研究飞机结冰的主要手段之一,在计算结冰冰形时会引入大量参数不确定性,并影响数值模拟的精度和可信度。发展不确定性量化方法,科学量化这种不确定性对评估数值模拟结果具有重要意义。针对传统参数不确定性量化方法难以解决高维输入到输出的问题,基于本征正交分解和误差反向传播神经网络,提出了一种结冰冰形预测代理模型。以水滴中值粒径和温度为例,验证了代理模型单输入参数和双输入参数情况下的精度和泛化能力。最后,在代理模型计算的冰形基础上,结合蒙特卡洛采样,利用2σ准则确定结冰范围,发现水滴中值粒径不确定性主要影响明冰的冰角生长,而温度和水滴中值粒径不确定性的叠加主要作用于霜冰厚度。该研究为后续多结冰条件的影响分析和多维输入到输出的不确定性量化提供了思路。

机翼展向不同部位结冰对飞机气动力特性影响研究

机翼展向不同部位结冰对飞机气动力特性的影响规律是机翼防除冰系统设计需要考虑的重要因素之一。通过风洞试验方法,将机翼不同部位的模拟冰型加装在飞机模型上进行常规测力试验,研究巡航构型、着陆构型下的机翼展向不同部位结冰后的升力特性、阻力特性、俯仰力矩特性的变化规律。同时通过数值计算的手段,分析机翼不同部位结冰的流场细节特征。研究结果表明,机翼中段结冰对飞机气动力特性影响最为严重,翼根和翼尖结冰影响较小,研究结果为制定高效合理的防除冰系统提供技术依据。

机头结冰对大气数据系统测量影响研究

大气数据传感器安装于机头部位的飞机在遭遇结冰气象时,机头结冰会影响大气参数的测量精度。采用计算流体力学方法,对某两型运输飞机的大气数据系统进行模拟,考虑在机头结冰情况下的大气数据系统静压系数和迎角测量值的变化,获得了机头结冰对高度测量和速度测量的影响差量。研究表明,在两型运输飞机机头结冰状态下,中小迎角对大气数据系统静压和迎角测量的影响较小;大迎角对大气数据系统静压和迎角测量的影响较大,对应的高度测量影响量超过了10 m,速度测量影响量超过了2 kn。研究结果对于同类型飞机类似方向的研究具有一定的参考意义。

应用瞬态液晶测量技术研究层板内部换热特性

应用窄带瞬态液晶测量技术对放大型层板结构的内壁面(靶面、冲击面、扰流柱面)进行了详细的换热系数测量.由获得内表面换热系数分布来深入分析复杂层板结构内部强化换热机理.实验研究结果表明:应用先进瞬态液晶测量技术能够获得复杂层板结构内部表面的换热系数分布,获得信息量大;层板内表面换热系数随着冲击雷诺数的增大而线性增加;内表面平均换热系数随着通道高度增加而减小.