扰动形状对钝头体非对称流动的影响

通过在钝头体头部施加人工扰动块可以得到确定的大攻角下的非对称背涡结构。为了研究扰动块形状对非对称背涡结构的影响,本文在攻角50°、雷诺数ReD=1.54×105的条件下,利用数值模拟对周向角90°、子午角10°的扰动位置的半球形、D型及方形3种扰动块形状分别进行了研究。研究发现在同一扰动位置,半球形扰动主控下的背涡结构为右涡型,而D型扰动和方形扰动主控下的背涡结构呈现左涡型,且方形扰动主控下的背涡结构的非对称性弱于其他2种扰动主控的非对称背涡。通过分析发现扰动块所引起的微流动直接影响钝头体非对称背涡结构。因此为了更精准地通过施加人工扰动得到确定的非对称背涡结构,应尽量选择形状简单、表面平滑过渡的扰动块形状。

钝头旋成体背涡迎角效应的分区性态

为了实现空空导弹的高机动性,基于模型后体直径D以及试验风速的雷诺数Re_D=1.54×10~5,通过风洞测力和测压试验对钝头旋成体背涡流动特性随迎角的演化形式进行了研究。根据对模型不同迎角下所受侧向力、截面压力分布以及截面侧向力系数随时间波动情况的分析,确定了不同迎角下的钝头旋成体背涡流动形式。以此划分了4个迎角分区:附着流动区(α≤10°)、对称涡流动区(10°<α≤20°)、定常非对称流动区(20°<α≤50°)和非定常非对称流动区(α>50°)。对各迎角分区的背涡流动特性进行了详细讨论。

旋翼尾流时空发展二维速度场的实验研究

旋翼作为直升机的主要升力和操纵部件,具有复杂的流场结构,如非定常性,桨-涡干扰和桨尖涡等,导致旋翼流场研究十分困难.针对这一问题,结合锁相技术和粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术开展了悬停状态下旋翼流场的实验研究,并通过本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)提取主要含能模态,刻画流场时空演化.结果显示,旋翼尾流发展过程中向旋转轴靠近,二维流场结构呈现倒三角结构,即扩展到三维流动中会呈现倒锥型结构的特性;通过POD进行含能模态分析,旋翼尾流中对湍动能贡献最大的为桨叶涡结构,其次是桨尖涡结构.

边条翼后掠角对钝头细长旋成体非对称流动的影响

为探究大迎角时边条翼前缘后掠角对钝头细长旋成体导弹绕流特性的影响,开展了模型表面测压和粒子图像测速的风洞实验,研究了亚临界Reynolds数Re=150000、迎角α=50°条件下不同前缘后掠角固定边条翼的钝头细长旋成体非对称绕流特性.结果表明,在边条翼上游区,后掠角增大使边条涡涡位更靠近前体物面且对称性更好,导致前体物面的压力分布更对称,截面侧向力减小;在边条翼区,后掠角增大加强了边条涡对前体非对称涡系的诱导作用;在边条翼下游区,后掠角增大减弱了边条涡对旋成体非对称涡系的诱导作用,加剧了旋成体物面的压力分布不对称性,导致截面侧向力变大.

基于卷积神经网络的近壁流动高分辨率平均速度场预测方法

本文设计并验证了基于卷积神经网络的边界层近壁流动高分辨率平均速度场预测方法:首先采用示踪粒子图像对数据集训练卷积神经网络,通过调整神经网络参数可以预测示踪粒子在数据集上的平均跨帧位移;然后使用该卷积神经网络预测像素空间中各像素位置的单粒子位移,得到高分辨率的平均速度场信息。将该方法用于预测湍流脉动较小的边界层近壁区的平均流动,能够将空间分辨率提高到单像素精度。误差分析发现,该方法获得的测速精度略优于传统单像素系综平均互相关算法,且对粒子浓度和示踪粒子图像对数目的要求明显低于后者。

动态摇滚试验技术的发展与应用

迫于近现代的空战需求,战斗机需要不断提升自身的机动性能。大迎角飞行是提升机动性的有效手段,但飞行器大迎角飞行时,机身头锥处会产生非对称的前体涡结构与机翼相互作用,诱导飞机产生机翼摇滚运动现象,影响飞行安全。为了更好地在风洞中开展飞行器的机翼摇滚运动问题研究,研究者们不断地研发针对机翼摇滚运动试验的动态摇滚试验技术。本文针对现有的技术进行了总结,结合现有的动态摇滚试验技术,进一步总结了其应用对象以及相关机翼摇滚研究工作的进展,为动态摇滚试验技术的发展以及机翼摇滚运动的后续研究提供参考依据。

头部和后体对钝头体侧向力的影响

钝头体大迎角飞行时会出现随机的非对称流动现象,引起不确定的较大侧向力,进而使其偏离运行轨道。通过在钝头体头部施加人工扰动块可以固定其大迎角下的非对称流场结构,得到确定的侧向力,以利于改善钝头体的大迎角飞行特性及机动性。本文讨论了在头部人工扰动块主控流场结构的基础上,模型后体对侧向力影响的存在性问题,在迎角为50°、雷诺数为1.54×105的条件下,利用实验对周向角为90°和270°、子午角为10°的扰动位置的球形扰动主控下的侧向力影响因素进行了研究。发现钝头体大迎角下的非对称流动结构在头部主控的基础上,后体对非对称流动的影响不会消失,且其为影响头部扰动主控作用的重要因素。尽管模型后体的影响不会改变钝头体头部对于流场结构的主控地位,但会影响头部扰动控制的精准程度。所以在通过钝头体头部施加扰动进而得到确定的侧向力的同时,还需要减小模型后体对流场的影响,对其结构和加工质量进行优化,以更好地通过人工扰动主控流场结构。

尖侧缘机身布局的俯仰力矩特性及扰流板控制

针对尖侧缘机身布局在大迎角下存在的正俯仰力矩(抬头力矩)问题,通过风洞试验,首先研究了俯仰力矩的迎角分区特性及流动演化规律:线性增长区(迎角为0°～15°),俯仰力矩线性增加,全机从附着流到形成进气道前缘涡和机翼涡;非线性增长区(迎角为17.5°～32.5°),俯仰力矩非线性增加,机头涡出现,机头涡和进气道前缘涡逐渐增强,机翼涡增强后破裂;衰减区(迎角为35°～65°),俯仰力矩逐渐减小,机头涡增强后破裂,进气道前缘涡破裂发展,机翼涡完全破裂。其次,发现了机身前体是产生正俯仰力矩的主要来源,机头涡是导致大迎角下正俯仰力矩的主控流动。当迎角为40°时,前体各截面正俯仰力矩在进气道前缘处达到最大,主要是由于该处机头涡诱导产生了较强的法向力。最后,提出了大迎角机身扰流板控制技术,产生了较好的控制效果。当迎角为40°时,扰流板可使正俯仰力矩减少62%,其原因是扰流板降低了机头涡涡量及其诱导产生的法向力,减少了机身前体对正俯仰力矩的贡献。该控制技术的缺点是扰流板会带来一些升力损失和附加阻力。基于尖侧缘机身参考宽度的雷诺数为2.59×105。