台风作用下深圳新世界中心风致响应实测与风洞试验研究

依据近10年来监测到的5次强台风过境期间深圳新世界中心的实测响应数据,分析了该建筑结构在台风影响下的响应特点和模态参数变化特性,并将实测结果与粗糙度指数α分别为0.22,0.30和0.35地形下的风洞试验结果进行了比较。结果表明:历次台风影响下实测建筑达到最大振幅附近时均表现为明显的横风向振动,且最大振动方向均为南北方向;实测最大峰值加速度为17.28 cm/s^(2),满足舒适度要求;台风过境时,建筑结构模态频率表现出明显的振幅依赖性和时变特性,采用“时变”方式描述更加合理,几次台风过程的结构模态频率均是随时间先减小,在最大风速时达到最小值,然后增大并恢复到常态值;结构模态阻尼比在中低振幅区域分布较为离散,随着振幅的增加,阻尼比有所增大,顺风向和横风向的阻尼比最大分别为1.9%和1.2%;实测结果更接近于α为0.35地貌的风洞试验结果,显示C类地貌的风洞试验结果偏于保守。

美国空气动力地面试验能力及发展趋势分析

空气动力地面试验能力是衡量一个国家航空航天飞行器发展水平的重要因素。美国作为世界航空航天大国,其空气动力试验模拟能力、飞行器创新研究以及空气动力学学科发展等都处于世界领先水平。本文概述了美国空气动力相关研究机构基本情况,重点列举了11个主要机构的核心空气动力试验研究能力和技术支撑能力,分类阐述了美国空气动力试验设备与试验技术能力现状,简要分析了美国空气动力地面试验能力的优势与不足、经验与教训,最后综合研判了其未来发展趋势。

汽车环境风洞地面区域流场数值仿真

目的探究汽车环境风洞地面区域流场规律,获取风洞边界层抽吸装置的最佳抽吸率和底盘测功机对风洞地面区域边界层厚度、风速、总压和静压的影响规律,并比较MRF法和旋转壁面法对底盘测功机转毂转动模拟的精度。方法运用计算流体动力学方法对汽车环境风洞流场进行数值仿真计算。结果边界层抽吸装置对应于喷口风速120 km/h时的最佳抽吸率为0.048。底盘测功机区域总压呈现下降趋势。相比于存在底盘测功机,汽车环境风洞无底盘测功机时,底盘测功机区域内相同位置的边界层厚度会增加1.28~12.22 mm。在前转毂的前侧、上侧、后侧和后转毂的上侧和后侧会有一个高风速区域,区域内风速比设定风速高1%~4%,与无底盘测功机相比,区域内静压值低0.32~46.02 Pa。在前后转毂前侧和后侧与地面相连接的凹部会有一个低风速区域,区域内风速比设定风速低1%~5%,与无底盘测功机相比,区域内静压值高0.08~49.34 Pa。底盘测功机转毂的转动会使附近区域的地面边界层厚度变大。在前转毂前侧,采用旋转壁面法进行模拟比MRF法地面边界层厚度增加近8 mm,而在其他位置,2种模拟方法对边界层厚度的模拟差别在1.5 mm以内。使用MRF法和旋转壁面法对底盘测功机区域风速和静压分布的模拟精度一致,而旋转壁面法对总压趋势的模拟更加准确。结论底盘测功机会对地面区域一定范围内边界层厚度、风速、总压和静压产生影响,旋转壁面法比MRF法更适合底盘测功机区域地面边界层厚度、风速、总压和静压的模拟。

地面效应影响下的高速火箭橇气动特性数值与风洞试验研究

精确预示地面效应下高速火箭橇的气动特性及流场规律对高速火箭橇的设计和评估具有重要意义。本文应用有限体积方法,研究了湍流模型对火箭橇气动特性计算精度的影响,建立了基于realizable k-ε湍流模型的火箭橇气动特性的高精度数值计算方法;结合风洞试验方法,研究了雷诺数和地面效应对高速火箭橇流场流动规律的影响,分析了火箭橇气动特性。结果表明,火箭橇阻力系数随雷诺数增大而减小,升力系数和俯仰力矩系数随雷诺数增大而增大,但雷诺数对高速火箭橇气动特性的影响较小;地面效应会使火箭橇流场发生激波-激波干扰、激波-边界层干扰和激波反复反射等复杂气动现象,大幅提升了火箭橇的升力系数和俯仰力矩系数,但对阻力系数的影响较小。研究为高速火箭橇气动外形的设计及运动稳定性的评估提供依据。

某型电动飞机螺旋桨的设计与试验

某型电动飞机采用稀土永磁电动机作为动力装置,采用螺旋桨产生拉力。为了提高电动飞机的航时,螺旋桨的设计目标应为:具有较高的效率,足够的拉力,并且保证螺旋桨需用功率与电动机功率相匹配。设计了某型电动飞机的固定桨距螺旋桨,建立了螺旋桨的三维CATIA模型,制造了两叶的木质螺旋桨,进行了螺旋桨的地面试验和风洞试验。试验结果表明:该型螺旋桨在起飞状态(螺旋桨转速2 164 r/min),静态拉力达到98.2 kg,电动机轴功率为35.09 k W,电池输出功率37.08 k W;巡航状态,螺旋桨效率达86.76%,设计的螺旋桨达到了预期的设计目标。

地效翼地面粘性效应风洞试验研究

为深入研究地面效应机理及地效翼空气动力特性,在同济大学上海地面交通工具风洞中心的空气动力-气动声学风洞内对地效翼模型进行了风洞试验。首先,根据地效翼空气动力特性及风洞试验能力,对风洞试验进行了设计;其次,在风洞试验中利用移动路面模拟系统和六分力天平测量系统,研究了地面粘性效应对地效翼空气动力的影响和地效翼空气动力特性。研究结果表明:固定地面附近边界层流动不仅与地效翼的高度有关,还与迎角有关;与移动地面相比,固定地面下测得的升力和阻力偏低,且由于固定地面边界层受气垫效应影响,失速延后。通过地效翼风洞试验研究揭示了移动路面模拟的重要性,并深入分析了地效翼空气动力特性,为地效飞行器空气动力设计和研究提供了参考。

风洞地面效应对高速列车空气动力学特性的影响

本文采用数值模拟方法对高速列车模型风洞试验中存在的地面效应问题进行研究。通过风洞试验验证了数值模拟方法的有效性,利用数值模拟比较了移动地面、静止地面和不同离地间隙工况下,1∶8缩比3节编组高速列车模型的气动力以及模型周围流场的变化规律。研究表明:移动地面较之于静止地面使模型气动阻力增加6.3%,升力减小130%;随着离地间隙的增大,高速列车模型阻力逐渐增大,升力也逐渐增大;不同地面工况下,3节车对气动力变化量的贡献有很大差别。鉴于地面效应会严重影响高速列车模型的气动特性,对风洞试验测量结果带来不可忽视的误差,有必要采用合理的试验手段对其进行消除。其中,采用移动地面法可以很好消除地面效应,而采用抬高模型法不能完全消除地面效应的影响。

地效翼空气动力风洞试验

为深入研究地面效应机理及地面附近粘性流动对地效翼空气动力的影响,在同济大学上海地面交通工具风洞中心的空气动力-气动声学风洞内对地效翼模型进行了风洞吹风试验.风洞试验中利用移动带路面模拟系统模拟了机翼和地面的相对运动;通过改变地效翼展长、装配端板,研究了地效翼的三维效应和端板对空气动力的影响;分析了地效翼的失速特性及其影响因素.通过地效翼风洞试验研究揭示了地面效应机理及移动地面模拟的重要性,并深入分析了地效翼空气动力特性,为地效飞行器空气动力设计和研究提供了参考.

磁流体动力加速风洞技术发展分析

针对高超声速飞行器地面模拟试验需求,传统试验方法难以实现真实气体温度、清洁空气、大尺度、长时间、高马赫数模拟能力,磁流体动力加速风洞提供了全新技术路线。文章归纳了国内外磁流体动力加速风洞研究发展现状,介绍了磁流体动力加速风洞原理。文章对基于热电离的磁流体动力加速风洞方案进行了论述,采用高频等离子发生器为设备提供加热源,从而避免电极烧损所引起的污染问题,控制气体总温不超过3500K,使气体离子化低于30%,通过两级加速,达到出口马赫数为15的模拟环境。文章进一步分析了磁流体动力加速风洞关键技术问题。超声速气流电离技术方面,核心问题在于超声速气流电离规律与机理以及电离种子注入、电子束电离等关键技术;磁流体动力加速通道设计方面,重点考虑气流密度及磁感应强度等因素的综合影响以及电极设计技术;高超声速模拟测试方面,关键技术包括电磁屏蔽技术、微波干涉仪技术、平面激光诱导荧光技术、高分辨率高性能的光谱测试技术等。最后,提出了磁流体动力加速风洞技术发展建议。

气动悬浮列车单向翼翼型优化与地面效应分析

高速气动悬浮列车(Aero-train)是一种利用机翼地面效应原理的创新型高效高速低能耗高速列车。本文以LA203A为基础翼型,利用遗传算法与数值模拟的方法对基础翼型进行气动优化设计。通过对优化翼型的地面效应模拟分析,得出优化后的翼型其气动特性有明显改善,并由此得出气动悬浮列车单向翼离地间隙、迎角与阻力、升力、升阻比之间的关系。利用CFD技术对安装有基础机翼和优化后机翼的气动悬浮列车初始研究模型(AERO-1)整车气动特性进行数值模拟以及分析前后端机翼的流场特性,并利用风洞实验方法对装有优化机翼的气动悬浮列车初始研究模型(AERO-1)气动特性进行研究。利用遗传算法优化后机翼翼型升阻比特性较基础翼型最高提升26%,具备优化机翼的气动悬浮列车(AERO-1)在地面效应下的气动特性优于原始模型。本文研究为机翼地面效应分析以及气动悬浮列车研究提供理论依据。

车轮旋转条件下前轮导流板气动减阻机理研究

为优化上海通用某款车型的气动特性,降低风阻系数,利用风洞试验和流场数值模拟研究了不同高度的前轮导流板的减阻效果。数值模拟实现了车轮转动和地面移动,其结果与风洞试验值基本一致,各导流板方案减阻效果明显。根据数值模拟获得的流场分布信息,分析了前轮导流板的减阻机理及其对整车流场特性影响,为导流板减阻设计提供了参考。

地面雷达数值风洞技术实现方法

基于Fluent等软件平台和standard k-e湍流模型,介绍了地面雷达数值风洞技术的实现方法,同时对模型建立、网格划分等关键技术进行了详细介绍,通过实例进行了计算并将计算结果与试验结果进行了对比分析和验证,结果表明,采用数值风洞的理论和方法,实现地面雷达风洞试验的数值化是可行的,误差是可以接受的,最后对雷达系统数值风洞技术的未来发展作了展望。

地效翼风洞试验支架干扰数值分析

对地效翼移动地面风洞试验研究中的支架干扰进行了数值模拟和分析。分别对独立地效翼,带支架的地效翼及独立支架进行了数值模拟,计算采用可实现的κ-ε模型,通过求解定常不可压N-S方程,得出地效翼及支架周围流场分布情况。对几组计算结果比较分析了支架和地效翼的空气动力及由于干扰引起的空气动力,发现支架与地效翼之间的相互干扰随着地效翼迎角的增大而增强,如果忽略流动干扰造成的空气动力变化,地效翼升力误差很小,但阻力误差相对较大。同时对有干扰下和没有干扰下的流场进行了对比,分析了支架对翼尖涡流动及绕机翼流动的干扰。翼尖涡在地效翼翼尖附近的发展在0.5c范围内基本不受支架的干扰;除支架对流场产生干扰外,移动带区域以外的固定地面附近粘性流动也对绕地效翼流动有一定的影响。本研究分析了风洞试验结果的可靠性,为地效翼风洞试验优化设计和地面效应风洞试验研究提供了参考。

关于改造航空风洞为汽车试验风洞的技术探讨

在介绍汽车风洞性能的基础上，对改造航空风洞为汽车试验风洞的主要技术要点进行了分析探讨，并介绍了ＦＤ－０９低速航空风洞改造情况及其功用。建造地面板和附面层吸除装置，证明该方案是很成功的。

地效飞机空气动力特性测量

介绍地效飞机带螺旋桨动力模型的风洞试验结果 ,着重介绍地面效应和螺旋桨转速参数对飞机气动力特性的影响。测量结果表明 ,地面效应非常明显 ,飞机升力和纵向稳定性都有明显增加。螺旋桨转速增加 ,使飞机升力增加 ,阻力减小 ,从而使升阻比有较大增加 。

大攻角地效翼非定常流动实验研究

大攻角地效翼非定常流动研究对大攻角地效翼非定常空气动力特性和流动控制具有重要的意义。对攻角为18°的NACA0012地效翼在模型风洞中进行实验,利用三维热线风速仪对地效翼后缘附近尾迹区内测点的速度脉动进行采样,分析不同飞行高度下大攻角地效翼的非定常流动特性。结果表明:地面效应下,大攻角地效翼后缘涡系形成位置后移;随着地效翼高度的降低,非定常流动的脉动频域宽度减小,速度脉动特征频率减小。

某高空螺旋桨气动特性数值模拟与风洞试验

以某高空螺旋桨为研究对象,利用k-ε湍流模型,采用三维Navier-Stokes方程,并通过数值计算模拟该螺旋桨的复杂绕流,分析其气动特性.按照等雷诺数等前进比准则,进行了该螺旋桨地面缩比风洞试验.经过比较发现,计算结果与试验结果吻合良好.验证了数值模拟计算高空螺旋桨气动特性的正确性,为高空螺旋桨的设计和试验提供参考依据.

近平静/波浪水面地效飞机气动特性风洞试验

为研究波浪水面地效飞机气动特性的变化规律,在Φ3.2 m低速风洞开发了新的试验技术,以模拟地效飞机飞越1 m实际浪高水面时的气动特性。研制了具有一定上下升沉和前后平移行程的固定波浪地板,模拟螺旋桨带动力地效飞机在起飞、巡航、着水等状态飞经波峰、波谷、中立位置等相位时的气动性能。在现有水平活动地板基础上,采用在水平活动带表面设置2个周期波形的方式研制了活动波浪地板,通过活动波浪带的周期性循环运行,模拟地效飞机不断飞越波浪的情况,其模拟相似性更高,可以更加准确地模拟地效飞机与波浪之间的相对运动。利用固定水平地板、固定波浪地板和活动波浪地板装置模拟空中、近平静水面和近波浪水面飞行状态,获得了地效飞机无动力和螺旋桨带动力条件的气动特性风洞试验结果。研究结果表明:螺旋桨带动力和地板对地效飞机起飞和着水状态气动性能具有很强的耦合影响,并非简单的叠加关系;地效飞机在波浪的不同相位上方时,升阻性能和俯仰力矩均存在较强变化,影响飞行平稳性。

地面效应对近流线型断面静气动特性的影响

以风洞试验和计算流体动力学(CFD)相结合的方法,对存在地面效应的近流线型断面的静气动力特性(静三分力系数、St数)进行研究.首先,基于风洞试验获得近流线型断面在不同风攻角下的静气动参数随离地高度的变化规律,试验结果表明,地面效应将对断面静气动力特性产生不利影响.其次,采用CFD识别各试验工况下断面的绕流特征及静气动参数,分析了不同风攻角下地面效应对近流线型断面静力三分力系数的影响机理,数值分析表明,地面附面层带来的影响总体上减缓了桥梁下腹板与地面之间区域的流速,局部负压区的强度及尺度加强及增大,并增加了驻点处的压力.

地效试验数据的估算研究

基于低速风洞试验的不可压缩势流理论,针对飞机地效试验,提出由无地板下的试验数据通过计算得到任意地板高度下相应数据的方法。将利用此方法得到的计算结果与带地板试验数据对比,论证了该方法的有效性。进一步研究表明,采用已有的带地板试验数据对计算结果进行差量修正,可有效减小该方法的计算误差。