直角网格壁函数的二维高雷诺数机翼绕流计算

针对传统直角网格方法无法准确计算高雷诺数下近壁面区域的流场及剪切应力问题,本文基于自主开发的二维直角网格CFD求解器,采用添加壁面函数的方式模拟了高雷诺数下的机翼绕流。数值模型基于直角网格有限差分方法对N-S方程进行离散,整体求解器的精度在空间和时间上分别达到二阶。通过对低雷诺数下圆柱绕流及机翼绕流的模拟计算,验证了此求解器的精度和可靠性。在高雷诺数下利用壁面函数修正近壁面的速度剖面,使近壁面区域的速度分布更符合实际流动。研究结果表明:本文方法能够有效求解二维高雷诺数机翼绕流问题。同时利用商业计算流体力学软件Star-CCM+采用贴体网格对同样问题进行模拟,数值模拟结果表明本文方法的网格需求要大于贴体网格。

基于微分求积法的高超声速机翼蒙皮颤振研究

机翼蒙皮在高超声速气流中会发生颤振等气动弹性问题,破坏结构。引入微分求积方法,可以有效地分析机翼蒙皮的颤振问题。将机翼蒙皮等效成薄板,基于一阶活塞理论,根据克希霍夫假设及弹性理论建立蒙皮的气动弹性偏微分方程,采用微分求积法将偏微分方程离散为常微分方程,并根据频率重合理论对颤振问题进行求解。得到的颤振速度与有限元方法计算结果进行比较,误差为0.58%,验证了微分求积法在求解颤振偏微分方程时的有效性。分析了蒙皮面积、厚度、纵横比等不同参数对蒙皮颤振速度的影响。结果表明,颤振速度随蒙皮面积的增大而减小,随纵横比、厚度的增大而增大。

复合材料机翼上蒙皮仿真分析与补强

根据某无人机机翼的气动外形,采用壳单元模拟复合材料机翼上蒙皮,建立了该机翼的有限元模型,得到其在最严重工况下的有限元分析结果。以应变为判断标准,有限元分析结果表明,在靠近翼根处上蒙皮受力严重,应变过大。为减小上蒙皮应变,通过增加复合材料铺层的方法对上蒙皮进行补强,并对补强后的上蒙皮进行有限元分析,结果表明,补强后上蒙皮的应变降低,满足设计要求。

荧光油流摩擦力场测量试验

飞行器表面摩擦阻力测量是空气动力学领域的研究难点。在风洞试验中有多种摩擦力测量方法,但多为单点式测量,试验中采用荧光油流摩擦力场测量技术在低速开口式风洞中对平板翼型和RAE2822二元翼型的上表面摩擦力分布情况进行了测量。试验结果表明:该测量技术可以测得模型表面的摩擦力信息,所得平板流场层流部分的摩擦力信息与布拉修斯(Blasius)层流解趋势一致,并得到二元翼型三维摩擦力信息及某一沿流向剖面的τ-x曲线。

壁面粗糙度湍流扩展模型及流动数值模拟

采用有限体积法数值求解雷诺平均Navier-Stokes流动控制方程,数值模拟表面粗糙度对气动特性和热力学特性的影响。通过修正Knopp的基于切应力输运k-ω湍流模型的粗糙度湍流扩展模型中边界条件ω的值,提高了壁面附近的涡黏度,增加了总壁面切应力,从而引入壁面粗糙度的影响。通过对不同粗糙度的平板流动和NACA 65_2215翼型绕流进行数值模拟,分析粗糙度对表面摩阻系数、斯坦顿数和升力系数的影响。计算结果表明:粗糙度使得平板表面摩阻系数和斯坦顿数增大,翼型流动分离提前,升力系数减小。流经粗糙壁面的流动处于过渡状态时,改进的粗糙度湍流扩展模型改善了原模型速度偏移量与经验公式相比偏小的缺点,同时,表面摩阻系数、斯坦顿数和升力系数与实验结果吻合得更好。该改进模型不需要对壁面附近网格进行加密,能够快速、准确地模拟流经粗糙壁面的流动。