后掠式水平轴潮流能水轮机的载荷与获能特性研究

针对双向潮流能有效利用问题,设计一种基于对称翼型的新型后掠式水平轴潮流能水轮机,并研究其水动力性能。根据对称翼型升阻力特性与叶片展向攻角变化,采用变截面设计优化后掠式对称翼型叶片,并基于Buhl修正模型分析不同后掠偏移叶片所受推力与获能特性。通过3D建模与水槽实验,研究不同后掠偏移叶片的载荷与获能情况。模型实验研究表明,同一尖速比下,后掠偏移量为10%和15%的水轮机相对于偏移量为5%的水轮机所受推力最大分别降低4%和13.3%,获能效率最多分别减小3.8%和11.1%,其中推力比获能效率减幅更大。实验结果与理论分析变化趋势吻合,但减幅比理论值偏高。此外,该水轮机3种后掠偏移量下对应获能效率随桨距角的增大分别降低18%、14%和6%,获能效率下降显著,与300 kW样机实海况运行情况变化趋势相同。

基于双掠结构的旋翼桨叶载荷研究

该文以直-9直升机主桨叶为研究对象,将其原有的尖部后掠外形改为前掠-后掠组合的先进桨尖双掠构型,重点开展这种桨叶结构优化关键技术研究。建立旋翼系统载荷分析模型,研究在非定常气动环境下旋翼载荷的仿真分析方法,通过与飞行实测数据的对比分析,验证分析方法的有效性。对桨叶前后掠站位、扭转角等关键参数进行敏感度分析,探索双掠桨叶结构的载荷变化规律。分析结果表明,桨叶前后掠的径向位置和角度,以及扭转角度对旋翼载荷的影响很大。在此基础上,通过优化参数,有效地改善旋翼载荷。该文研究结果为这种先进桨叶构型的结构优化提供数据支撑和方向。

前掠翼与后掠翼布局流动机理的数值研究

采用三维N-S控制方程和标准k-ε模型,计算了前掠翼和后掠翼模型的气动特性,比较了各自的优势和不足,并通过流场显示分析了其流动机理。研究结果表明:小迎角下后掠翼的升力系数较高,大迎角下前掠翼的失速性能较好,其根源是展向速度的方向相反。后掠翼过早的翼尖失速是导致失速迎角较小的原因。而前掠翼之所以具有良好的大迎角性能,是由于其机翼根侧缘涡和翼尖前缘涡相互作用,对机翼产生上吸力,带来涡升力并且增强了对机翼表面流动的控制能力。前掠翼的流动机理可为先进飞机布局的设计提供理论依据。

由两个风扇转子设计得到的启示

本文对两个风扇转子设计进行了总结，从设计过程突破问题的关键以及流动的组织方面看，得到了几点有益启示，值得在新型叶轮机设计及有关问题研究中引以借鉴。

离心泵做透平的叶片弯曲形状分析

为提高液力透平的效率,设计了前弯和后弯2种叶片弯曲形式的叶轮,利用实验、理论和数值计算相结合的方法对离心泵做透平的水力性能进行了研究.分别对后弯式叶轮泵工况、透平工况和前弯式叶轮液力透平工况3种情况的水力性能进行了分析,得到泵工况和2种液力透平工况下外特性曲线的差别,并分析了液力透平各过流部件内部功率损失分布.研究结果表明:泵作透平的外特性曲线与泵的不同,Q-H曲线随流量增加而逐渐增加;2种叶轮形式的液力透平对比中,前弯形叶轮在最高效率点的流量、扬程、轴功率和效率分别比后弯形叶轮高;前弯形叶轮高效点以及高效点之后的流量效率曲线高于后弯形叶轮的流量效率曲线,流量扬程曲线低于后弯形叶轮的流量扬程曲线,2种形式的叶轮轴功率相差不大.液力透平各过流部件功率损失分布表明,前弯形叶轮内部的功率损失的减小是液力透平效率提高的主要原因;对比2种叶片弯曲形状液力透平的流量和扬程系数可知,前弯式叶轮的流量系数和扬程系数均大于同尺寸后弯式叶轮的,因此前弯叶轮更适合于液力透平工况运行.

2种形式的液力透平叶轮外特性

为了提高液力透平的效率,设计前弯和后弯2种形式的叶轮,通过理论分析、数值计算以及实验研究的方法对其进行分析。应用流场分析软件ANSYS CFX分别对具有2种形式叶轮的液力透平进行全流场数值计算与分析,得到2种液力透平外特性曲线的差别,并分析2种液力透平叶轮内部流场流动规律。研究结果表明:前弯形叶轮在最高效率点的流量、扬程、轴功率和效率分别比后弯形叶轮高24.45%,29.80%,68.95%和4.38%;前弯形叶轮高效点以及高效点之后的流量效率(η-Q)曲线高于后弯形叶轮的流量效率曲线,流量扬程(H-Q)曲线低于后弯形叶轮的流量扬程曲线,2种形式的叶轮轴功率相差不大;前弯形叶片叶轮内部速度梯度小于后弯形叶片叶轮的内部速度梯度,前弯形叶片叶轮内部水力损失较少;实验结果与数值预测结果相吻合,验证了数值计算可以用来对液力透平进行优化设计。

后掠叶片对轴流泵抗汽蚀性能的影响

研究后掠叶片对轴流泵抗汽蚀性能的影响,采用标准K ε紊流模型和SIMPLE算法,用FLUENT软件对7台轴流泵内部流场进行数值计算,得到了每台泵的气体体积和效率.通过对比分析表明,随着后掠角的增大,泵的气体体积和效率都减少.所以采用后掠叶片提高泵的抗汽蚀能力时后掠角不宜过大.

基于Fluent的某小型无人机机翼布局对比研究

运用Solidworks对某规格的前掠翼、平直翼和后掠翼进行三维建模,利用CFD软件,采用三维N-S方程及SpalartAllmaras涡粘湍流模型对前掠翼、平直翼和后掠翼的空气动力学特性进行研究,每间隔2°计算迎角从0°~38°时的不同情况,对比分析各自的优势和不足,最后给出结论,为低速小型无人机的机翼布局选型提供了理论依据。计算结果表明低速飞行下平直翼布局升力系数较大,没有气流分离的情况,这种布局较为合理。

后掠式叶片气动外形优化设计

后掠式叶片具有载荷自适应性,提出了一种以自然样条曲线为后掠曲线,以扭角为优化参数的后掠式叶片优化设计方法。以直叶片模型为设计起点,通过Profili软件获得叶片的截面数据并计算叶片翼型在不同攻角下的升力系数与阻力系数,以叶片功率系数最大以及叶片根部载荷最小为优化目标,采用遗传算法对叶片进行优化设计。根据优化结果获得的参数,建立后掠式叶片三维模型,在ANSYS Workbench中建立流场模型进行仿真分析得到叶片模型的压力分布情况。结果表明,通过对扭角、后掠值进行优化,后掠叶片模型对比直叶片模型其受到的载荷有所减小,优化设计方法可以用于指导后掠叶片的设计。

高速进气道抛罩过程内流场演化特性研究

为探究进气道整流罩打开过程中内流场的演化规律,基于重叠网格法求解N-S方程详细分析了抛罩过程中内流场演化过程与特征流场结构。研究表明,在进气道封堵时,整流罩前端发展出V型激波,整流罩尾部形成后向台阶且产生一对涡矢量方向相反的流向涡;在整流罩打开过程中,整流罩前端的V型激波与尾部的后向台阶均会对内流场流动产生影响,捕获流量在中间某时刻达到峰值后下降至稳定状态。若开罩过程中的流场满足流动准定常且内流道无大分离区的条件,进气道在V型激波与唇口恰好相交时完成起动且整流罩的运动在此后不影响内流场流动。假设的整流罩匀加速转动过程与真实运动吻合较好,模拟更精确的整流罩运动可采用三次函数的角速度变化律。

一种翼身组合模型气动特性研究

基于一种后掠翼翼身组合体刚性模型,为研究其低速升阻力和俯仰力矩变化特性,进行低速风洞纵向测力实验,迎角α为-4°^+36°。根据模型实际实验状态,数值模拟其低速粘性绕流流场和升阻力特性,特征雷诺数为4×10~5。实验结果表明:在-4°^+15°迎角范围内,模型升力系数按明显线性关系增大;31°迎角时,升力系数获得最大值为1.15。36°迎角时,阻力系数值达最大为0.807。模型升阻力数值模拟结果与风洞实验值在计算攻角范围吻合良好,最大相对偏差11%,结合流场计算结果分析能够支持和综合分析风洞实验结果。

前后掠风扇叶片颤振特性对比分析

采用基于能量法的流固耦合数值预测方法对比研究了模态、叶间相位角对前后掠风扇转子叶片气动弹性稳定性的影响.结果表明:对于两种掠形叶片,在所研究的前3阶振动模态下,前掠叶片对应于弯扭耦合振型的气动模态阻尼比最大,其数值为0.801%,而后掠叶片对应于弯扭耦合振型的气动模态阻尼比最小,其数值为0.248%;叶间相位角对两种掠形叶片气动模态阻尼比都有显著影响,在1阶振动模态相同叶间相位角(节径)下,前掠叶片前行波对应的气动模态阻尼比小于逆行波对应的气动模态阻尼比,而后掠叶片与此相反;1阶振动模态所有叶间相位角下,前掠叶片比后掠叶片气弹稳定性更好.

前/后掠机翼气动特性对比分析

基于NACA0012对称翼型设计了前掠机翼、后掠机翼和平直机翼,采用CFD方法计算了3种机翼的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数,通过压力云图和流线图分析了3种机翼的气动特性及流动机理。研究结果表明:前掠机翼上表面的流动是由翼尖流向翼根,翼根首先出现分离,而后掠机翼上表面的流动是由翼根流向翼尖,翼尖首先出现分离,平直机翼由于受翼尖涡的下洗影响,翼根首先出现分离;在30°斜掠角下,前掠机翼形成了机翼前缘涡,表现出旋涡流态气动特性。研究结果揭示了不同机翼之间的流动差异,有助于在飞行器设计过程中选择合适的气动布局。