NACA0012翼型低雷诺数绕流的实验研究

通过水槽氢气泡流动显示和PIV测速实验研究了NACA0012翼型在雷诺数为8200时的流动特性,重点关注了翼型绕流结构随迎角的变化。研究发现:分离点和分离剪切层形成旋涡的位置随迎角的增大而向上游移动,同时翼型上表面流动分离后形成的回流区尺寸随着翼型迎角的增加而增大。当流动再附于翼型上表面时,在再附点附近能够观测到展向涡的三维演化过程,并能观测到展向涡的局部配对现象。

振动NACA0012翼型的移动网格数值模拟

利用流体力学方程的积分形式给出非结构移动网格上离散格式,利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度.对振动Naca0012翼型问题,分三种类型确定网格速度,再结合Riemann问题的解法器构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.数值实验表明这种格式同时具有高效、高分辨率的特点.

数值分析雷诺数对NACA0012翼型流动的影响

利用数值模拟手段分析了雷诺数对二维NACA0012翼型跨声速流动的影响。在相同的马赫数和攻角条件下,数值模拟了不同雷诺数下NACA0012翼型的粘性绕流。分析对比所得计算结果,发现随着雷诺数的提高,上翼面处激波变强且位置后移,且都存在激波诱导的涡;下翼面的压力分布所受影响较小。

基于NACA0012翼型的超燃冲压高超声速飞行器的气动热预示

目前,以NACA0012翼型为特征的高超声速飞行器的气动热预示,特别是后缘翼型形状和网格参数对其影响的分析相对不足。设计了尖后缘和钝后缘两种翼型,采用统一的网格策略生成了数量相同的结构化网格。通过验证试验确定了合适的网格策略和数值方法,提出了一种超燃冲压高超声速飞行器在巡航段的气动热预示方案。仿真测试表明,后缘形状首选钝后缘,网格雷诺数应不大于16,近激波面aspect ratio的数值取决于选用的后缘形状。气动热预示表明高超声速飞行器在巡航段的温度可达1885℃,热障问题十分突出。

低Reynolds数NACA0012翼型绕流的流动特性分析

在水槽中应用PIV测速技术研究了NACA0012翼型在Reynolds数为8200时的流动特性,重点关注了翼型绕流结构中主频和扰动增长速率随迎角的变化。结果表明,分离剪切层的扰动增长符合指数规律;且随着迎角的增大,转捩过程加速,表现为扰动增长率逐渐增大,转捩的起始位置逐渐向上游移动。在所有实验迎角情况下,流场均由脱落旋涡主导,但其主导作用随着迎角的增大而削弱。

用非结构动网格方法模拟有相对运动的多体绕流

发展了用于模拟有相对运动的多体非定常绕流 ,并计算由流场决定的外弹道的数值方法。该方法采用非结构动网格 ,显式NND有限体积格式 ,求解非定常Euler方程 ,并耦合了刚体动力学方程。作为例证 ,计算了俯仰振动的NACA0 0 12翼型绕流 ,计算结果与实验及文献结果吻合。最后 ,整个策略用于计算二维机翼 外挂物分离流场 ,并确定了外挂物下落轨迹。

TSP技术在转捩检测中的应用研究

在研究型风洞中进行TSP转捩检测技术的应用研究,以NACA0012二元翼型为研究对象,获得了模型表面转捩位置。试验中应用了国内具有自主知识产权的TSP涂料,对模型进行了预加热,模型预加热的目的是提升TSP涂层的温度敏感度,并增大模型表面层流区与湍流区之间的温度差。模型表面粘贴了标记点,目的是将其作为图像对准的控制点,同时,模型前缘附近的标记点也可以作为人工固定转捩的粗糙元,起到强制气流转捩的目的。试验马赫数为0.4,迎角α为0°^-4°,试验结果清晰地显示了模型表面的层流区与湍流区及其随迎角的变化,表明所用的TSP涂料在本试验中具有良好的适用性,模型前缘附近标记点也起到了粗糙元的作用。

风力机振荡翼型动态失速特性的CFD研究

为采用CFD方法研究风力机振荡翼型出现的流动动态失速现象,首先依据实验结果,对比分析了Baldwin-Lomax、Johnson-King、K-ωSST、S-A和K-ω5种紊流模型计算结果,结果表明:K-ωSST模型由于考虑到分离流动的非平衡作用,针对动态失速的计算精度较高。通过对NACA0012翼型振荡运动的流场进行计算,详细分析了振荡运动过程中翼型表面分离涡的形成、放大直至造成翼型失速以及失速区涡结构。

高雷诺数下二维翼型绕流气动特性数值分析

采用不同湍流模型,对NACA0012翼型,在不同迎角和不同高马赫数下的绕流流场进行数值模拟;通过与风洞实验对比,评估了S-A模型,Realizable k-ε模型和k-ωSST模型对高雷诺数绕流流场数值模拟的准确性;并运用Realizable k-ε模型精确模拟并分析了二维翼型绕流流场的跨音速特性,为理论分析及工程设计提供参考。

双时间隐式方法求解非定常绕流的相关问题

空间采用三阶精度的WeightedNND(WNND)格式,时间方向则采用具有二阶精度的双时间步隐式方法求解二维非定常Euler方程,数值模拟了NACA0012翼型俯仰强迫振动流场,讨论了内迭代步数、内迭代收敛判据以及物理时间步长对计算结果、计算效率与计算CPU时间的影响,并将计算结果与实验值进行了比较。

近自由表面翼型尾流速度场的PIV测量及POD分析

翼型的流场结构对地效飞行器气动特性有着重要影响,针对这一问题,该文介绍了在风浪槽中进行的近自由表面翼型的流场PIV试验测量及其试验结果。实验分别测量了翼型与自由表面不同间距的多种工况下,零攻角NACA0012翼型尾流速度场随时间的演化过程,并将同一间隙条件下连续采集的瞬态速度场结果进行时均统计分析,获得了尾流的时均速度场等信息,用于对比分析翼型与自由表面不同间隙时的流场结构特征。实验结果表明,随着翼型与自由表面间距的不同,翼型尾流场的流动结构和气流在翼型表面的分离特性发生明显的变化,进而可能引起作用于翼型的气动力的变化。而后将本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)方法应用于PIV瞬态速度场的后处理,研究分析了翼型尾流各本征模态下的湍流结构。结果显示低阶本征模态中存在明显的相干结构,且大尺度的流动结构与流场中绝大部分的能量分布直接相关,而高阶本征模态代表了流动的小尺度结构。

非定常自由来流对二维翼型气动特性的影响研究

利用计算软件和实验测量方法,研究了非定常自由来流对静态二维翼型气动特性的影响,分析研究了来流速度脉动频率变化对气动特性产生的作用。结果表明,来流速度以短周期脉动时,升力系数随来流速度的减小而增加;来流速度以长周期脉动时,升力系数随来流速度的减小而减小。分析表明这与前缘分离涡在翼面上的传递过程有关。又利用二维翼型动态实验台,研究了非定常自由来流对做动态运动的二维翼型气动特性的影响,结果表明,来流风速的脉动使升力系数的迟滞包线进一步扩大,最大升力系数增加。

自由表面对小攻角翼型流动分离特性的影响

该文介绍了在实验段为1.7m×0.4m×0.4m的小型风浪槽中进行的自由表面附近,小攻角翼型流场分离特性的PIV实验结果。实验测量了NACA0012翼型在10°攻角下与自由表面多种不同间距时,翼面附近速度场,而后将各间距下连续采集的约500副瞬态流场结果进行统计分析,获得了翼面时均速度场等信息,讨论了时均流场结构和速度分布随翼型与水面间距的变化规律及水面对翼面流场分离特性的影响。实验的雷诺数Re=5.7×104。实验结果表明,随着翼型与自由表面间距的不同,翼型表面流动结构和气流在翼型表面的分离结构发生明显的变化,其明显的变化特征为,随着翼型从无水面干扰的工况向水面接近的过程中,上表面的分离先逐渐增强,而后被抑制,该流动演化特性进而可引起作用于翼型的气动特性的变化。

半模机翼振动的风洞实验技术研究

飞行器机模型振动是影响其风洞实验数据可靠性的主要因素之一。为此,通过专门研制的半模振动模型,采用对称翼型NACA0012和层流翼型NACA64-210两种半模机翼进行了低速风洞振动实验。选取五种激振方式,用直接测力法得到模型在静态和不同激振方式下升力特性变化曲线,研究了振动频率、自然转捩和固定转捩、数据采集方式等参数对机翼气动特性测量结果的影响。结果表明:振动对半模机翼气动特性的影响程度因不同翼型构型、不同采集方式和翼面不同流动模式等而产生不同效果。结论对提高飞机模型风洞实验大迎角振动情况下的测量精准度有参考价值。

翼型舵面偏转非定常流动数值模拟

针对NACA0012翼型舵面偏转问题,数值模拟了不同参数对翼型气动特性的影响。基于非结构动网格技术,采用ALE有限体积描述下的二维可压缩非定常N-S方程,计算通量采用Vanleer格式、时空二阶格式,利用Venkatakrishnan限制器抑制数值振荡。非定常计算结果表明,NACA0012翼型绕1/4弦点作周期性俯仰振动的升力系数和俯仰力矩系数结果与实验数据吻合良好,验证了数值方法的准确性;在翼型舵面表面有分离区产生,升力系数和俯仰力矩系数形成滞回环,在亚声速情况下,滞回环幅值较小,进入超声速阶段以后,幅值增大,随着翼型间缝隙宽度逐渐增加,翼型升力系数和俯仰力矩系数与无缝翼型相比逐渐降低。

三维摆动水翼仿生推进水动力分析

为了观察三维摆动水翼运动时表面压力的分布以及对流场域的影响,以NACA翼型和展弦比为1.5的NACA0012翼型为算例,采用计算流体力学方法分析了摆动水翼的水动力特性。为了提高网格质量,计算域被分为包含摆动水翼的运动域、包含摆动水翼的尾流场域以及除此之外的静止域3部分,并采用不同的网格划分条件对其进行离散,离散方程采用k-ω湍流模型求解,静止域和流体域之间采用重叠网格方法实现模拟,并利用交界面技术实现数据传递。分析了不同斯特罗哈尔数(St)条件下摆动水翼所受的推力、升力和力矩,研究了流场中速度以及压力分布,通过数值结果分析尾涡产生的机理。

不同迎角下翼型非线性颤振实验研究

设计并加工了NACA0012翼型能在不同迎角下作沉浮、俯仰两自由度的振动装置，在低速风洞中对其进行气动弹性测试，得到不同速度、不同迎角下的气动弹性响应。通过对不同速度下、不同迎角下的气动弹性响应进行分析，呈现出明显的非线性特征，得到了迎角对翼型颤振临界速度的影响。

封面图片说明

图示为基于无网格方法，采用AUFS格式模拟得到NACA0012翼型在马赫数Ma=0．8，攻角ρ=1．25°条件下的压力云图．无网格方法是近十几年才受到计算流体力学领域内大量学者关注和研究的数值方法，该方法采用一系列节点离散流场，通过构建点云求解微分形式的控制方程，无需构造网格，因而对复杂外形具有更强的适应性，

低雷诺数下展弦比对仿生拍动翼推进性能的影响研究

研究自然界中生物的非定常运动对于人类开发新概念飞行器和水下航行器具有重要指导意义。本文采用浸入边界格子玻尔兹曼方法(IB-LBM),发展了一套三维IB-LBM并行求解器。以NACA0012仿生拍动翼为对象,在中国天河2号超级计算机上对不同展弦比在低雷诺数条件下对其推进性能影响进行大规模数值。捕捉到了NACA0012拍动翼尾迹区中的精细涡系结构及其演化过程,给出了NACA0012翼拍动过程中产生的非定常力的变化趋势。研究结果表明:随着展弦比增加NACA0012拍动翼尾迹区中涡系结构二维效应越发明显,而其推进性能则随着展弦比增大先增加后减小。因此在设计仿生扑动翼时必须仔细选择仿生翼的展弦比。

下表面射流对翼型气动性能影响的数值模拟

为探索增强小迎角下翼型气动性能的射流控制方法,进而实现无舵飞行控制,在环量控制的启发下,提出在NACA0012翼型下表面靠近后缘的位置布置射流(Jet on the lower surface of trailing edge,LSTE jet),并通过分析流动状态与参数变化优化LSTE射流的气动控制效果.首先,采用3套不同规模的网格对NACA0012翼型本身进行数值模拟,验证了数值模拟方法的收敛性与有效性.其次,通过比较流场的马赫数分布、流线和压力分布的变化,研究了LSTE射流影响翼型气动性能的机理.最后,研究了翼型的气动系数随射流的位置、动量系数和前向夹角的变化规律.结果表明:LSTE射流在后缘诱导产生逆时针的涡,形成低压分离区,使后缘主流向下偏折,增加了翼型的有效弯度,并且前缘的吸力峰也因此增加,从而增大了升力系数;LSTE射流越靠近后缘,动量系数越大,增升减阻效果越好,但翼型的失速迎角会减小1°~3°;在不同的迎角和射流动量系数下,翼型的最大升力和最小阻力可以同时在γ=60°~70°之间达到.利用LSTE射流可以有效改变小迎角下翼型的气动性能,对实现飞行器无舵操纵有一定意义.