弹性振动对翼型失速迎角附近流场的影响

通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程得到气动力,结合翼型振动方程,计算了翼型不同迎角下的动态过程,分别通过层流和湍流情况的计算,重点研究了弹性振动对翼型失速迎角附近流场的影响,研究结果表明,在中低雷诺数、翼型具有弹性振动的情况下,翼型的失速迎角会比传统定常意义上的失速迎角提前出现,为长期以来数值计算得到的失速迎角与风洞实验、飞行试验结果的不同给出了一种物理解释。

旋涡发生器对机翼最大升力和失速迎角的影响

对一个展长为５００ｍｍ，弦长为２５０ｍｍ，翼型为ＮＡＣＡ００１２的机翼模型，安装各种小三角翼旋涡发生器作低速风洞测力实验，研究小三角翼各种弯度和它与机翼的相对位置对机翼最大升力和失速迎角的影响．实验结果表明当小三角翼与机翼在某个最佳相对位置时，机翼最大升力和失速迎角有个最大的增加．当小三角翼与机翼的相对位置不变时，各种弯度的小三角翼都可以使机翼最大升力和失速迎角有较大的增加，并且相互差别不大．

计及大迎角失速的直升机旋翼的气动力模拟

为了描述旋翼诱导速度的分布和大小,综合应用动态入流理论和王氏涡流理论,建立了一个适合直升机机动飞行时的入流模型;以叶素理论为基础,采用状态空间表达式的形式,建立起旋翼非定常气动模型,得到了旋翼气动力随桨盘方位角的变化规律,计算结果与参考数据吻合较好;最终针对失速流和深度失速流两种情况,以MATLAB软件为计算平台,求得了在给定输入情况下某型直升机平飞跃升机动过程中的旋翼拉力响应曲线,研究了大迎角情况下的气动载荷,为直升机旋翼的非定常气动力模拟提供了参考.

弯曲叶片对压气机轮毂-角区失速的影响

为了数值模拟弯曲静子对某两级低速轴流压气机总体性能及轮毂-角区失速的影响,选取了第1级静子进行弯曲。弯曲静子积叠线为贝塞尔曲线-直线-贝塞尔曲线(Bezier-line-Bezier,BLB)形式,弯高为20%叶片高度,弯角为10,15,20,25和30°。结果表明,弯曲叶片能有效抑制小流量范围内的轮毂-角区失速,从而改善压气机的性能。过度的弯曲会带来较大的叶型损失,从而导致大流量工况下压气机效率有所下降。扩散因子不能作为判断轮毂-角区失速是否存在的主要依据。

压气机角区失速预测模型的改进与实验验证

角区分离普遍存在于压气机中,随着负荷的提升,角区分离可能发展为角区失速,导致流动的堵塞与损失显著增大。前人基于二维叶栅,提出了预测叶片角区失速的模型,但这些模型并没有考虑到真实压气机环境中流动的强三维性。本文在现有模型基础上,一方面对其进行改进,以考虑压气机中流动具有强三维性的影响;另一方面,利用低速压气机实验台上获得的大量实验数据对现有模型和改进后的模型进行校验。结果表明:在真实压气机中,现有的准则不再可行;而基于改进后的模型,存在一个临界参数D=0.405±0.02,能够准确判断静子根部角区分离和角区失速;另外,改进后的参数D与静子根部端区流动影响范围内的堵塞和损失存在很强的关联。

大涵道比风扇角区失速模化设计及非轴优化

为研究非轴对称端壁造型对大涵道比风扇角区失速流动的改善作用,对某风扇进行了平面叶栅模化设计及非轴对称端壁优化。采用数值模拟方法,以风扇根部叶型为基础进行模化设计;在此基础上,采用两种不同的控制点分布方法对平面叶栅进行非轴对称端壁优化改型。研究结果表明:模化后的平面叶栅角区失速流动及叶片加载特点与风扇原型基本一致;采用自由曲面及类两面角曲面两种非轴造型对平面叶栅角区进行优化,叶栅总压损失系数分别降低了4.57%和5.38%;将流场改善效果较好的类两面角曲面造型应用于风扇原型角区,结果表明该造型使得风扇效率提高了0.441%,角区失速现象也得到了有效的抑制。深入的流场分析表明,类两面角曲面的非轴对称端壁造型,沿流向能有效推迟压气机平面叶栅通道涡向吸力面的发展,沿径向通过使涡结构上移减弱在端壁附近吸力面附面层和通道涡的相互作用;与此同时,对大涵道比风扇原型的角区失速流动也能起到较好控制效果。

串列叶栅和叶片弯曲对角区失速和叶尖泄漏流的耦合作用

为了提高压气机叶栅的气动性能,本文针对高负荷串列叶栅进行数值模拟,研究了叶片正弯和串列叶栅对角区失速和叶尖泄漏流的耦合作用。结果表明,在串列叶栅前叶排存在比较严重的角区失速,叶片正弯能有效控制高负荷串列叶栅中的角区失速,在最优工况叶栅总损失降低了37.6%。串列叶栅中只有"前排叶片弯曲"的方案能取得与"两排叶片都弯曲"方案相似的控制效果,但由于"两排叶片都弯曲"方案对两排叶片都有控制作用,从而获得了更低的总压损失。叶尖泄漏流可以有效控制上端壁处的角区失速,同时也会带来泄漏流损失。叶尖间隙越大,叶栅的总压损失越小,叶栅中涡结构也会越复杂。大间隙下,叶尖泄漏涡和通道涡的位置与一般压气机叶栅不同,两排叶片各自生成的泄漏涡会在叶栅后汇聚成一个涡,通道涡由叶栅中的低能流体与一部分泄漏流组成。弯曲叶片主要作用是控制角区失速,对叶尖泄漏流的影响不明显。

运输类飞机起飞和着陆构型失速迎角设计指标确定方法

确定合理的运输类飞机起降构型失速迎角的设计指标是运输类飞机起降构型设计的前提。通过研究有关适航标准、飞机的驾驶操作、大气扰动、飞机的起降距离要求等因素对运输类飞机的起降构型失速迎角设计指标的影响,本文给出了运输类飞机起降构型失速迎角设计指标的确定方法。

翼型大迎角振动对气动性能影响的实验研究与初步分析

通过在NF-3低速风洞专门研制的翼型模型及相应的俯仰和沉浮振动机构,选用NACA0012翼型进行大迎角下不同频率的振动实验,研究了模型振动平均状态下对其气动力特性的影响情况,并在N-S方程基础上对振动流场进行了初步分析。实验与计算研究的结果表明:在临近定常失速迎角的大迎角条件下,翼型的振动可以引起旋涡分离,导致翼型升力减小和失速迎角的提前。就所涉及的两种振动模式而言,俯仰振动的影响大于沉浮振动,所以,模型设计和加工时要特别注意加强机翼弦向的扭转刚度。

来流边界层对压气机平面叶栅角区流动的影响

为更准确地预测压气机静叶角区失速以及为角区流场优化提供理论支持,在压气机平面叶栅环境下,利用数值模拟和实验验证方法,研究来流边界层厚度变化对角区流场及角区失速特性的影响。在角区失速前后的典型工况,利用总压损失系数和折转角的展向分布显示不同流场结构引起的性能变化;利用表面极限流线、总压损失云图和Q判据等手段显示角区涡结构特点。结果表明,当来流边界层厚度从1%展长增加到25%展长时,角区失速提前3°攻角发生,叶栅低损失工作范围缩减近30%。而在角区失速发生后,来流边界层厚度变化对角区失速结构没有明显影响,但仍会增强叶栅内其他区域的二次流效应。

前缘可变弯度翼型的跨声速数值模拟

以超临界翼型DFVLR R-4翼型为基本翼型,在前缘30%弦长处,对翼型进行正向(向下)偏转1°、2°和负向(向上)偏转1°、2°,得到4种变弯度翼型并进行跨声速下气动力数值分析。结果表明:在跨声速中,翼型正向偏转阻力发散特性得到改善,负向偏转阻力发散特性变差;在相同来流马赫数下,翼型正偏转升力系数减小,负向偏转,升力系数增大;翼型正向偏转时,失速迎角特性得到改善。综合分析得出,跨声速能够较好地运用前缘可变弯度翼型。

襟翼弦长对双元素翼帆推进特性的影响

采用数值模拟方法围绕襟翼弦长对双元素翼帆推进特性的影响规律进行研究,结果表明:随着襟翼弦长增大,主翼尾缘的流体回流幅度越来越大,一定量的流体回流能补充主翼的尾流分离;当襟翼弦长c_(2)与总弦长c之比为0.5时,过多的流体回流会干涉主翼尾流,引起附面层分离;在翼帆0.95h截面上,主翼吸力面尾缘和襟翼吸力面前缘的压力载荷呈弧形下降,表现为双元素翼帆翼尖回流和缝隙回流现象。最终认为c_(2/c)=0.4的双元素翼帆模型较为合理。

后缘可变弯度翼型在跨声速中气动特性分析

为了研究后缘可变弯度翼型在跨声速中应用,对超临界翼型DFVLR R-4翼型后缘弯度向下分别偏转1°、2°、3°,得到3种变形翼型,对其进行跨声速下气动力数值研究。结果表明:随着后缘弯度增加,翼型的临界马赫数提前,阻力发散特性变差,但其升力系数增加以及激波失速前升阻比增加,且翼型的失速迎角特性得到改善;翼型变化量在1°时,在跨声速中的气动特性较好,翼型升力系数提高了21.12%,升阻比提高9.2%。得出后缘可变弯度翼型能够较好的运用到跨声速中。

静子轮毂角区失速与尖隙流动相互作用机理分析

以某单级轴流压气机为研究对象,采用气动探针对其级间及出口气动参数进行了测量,并对叶顶有/无间隙时的静子内部流场进行了全三维数值模拟。计算得到的带尖隙时压气机总性能、级间及出口参数的径向分布与实验结果较为一致。在此基础上,对比分析了有/无尖隙时静子端区的复杂流动结构,发现轮毂/吸力面角区失速是该压气机静子端区的主要流动特征。无尖隙情况下,在轮毂/吸力面角区仔在一个由多涡系汇聚而成的空间环涡结构,并在吸力面诱导出大量反流;而尖隙的引入破环了该环涡结构的形成,但它在轮毂/吸力面角区形成了沿流向发展的泄漏涡、增强了通道出口径向分离涡的强度,从而增大了近失速工况点30%叶高以下高总压损失区的范围。

静叶轮毂间隙对压气机角区失速的控制

为了研究静叶轮毂间隙对压气机角区失速的控制作用,以某1.5级轴流压气机为研究对象,采用三维数值模拟方法研究静叶轮毂整体间隙和部分间隙对压气机低工况点和设计点气动性能的影响。结果表明:整体间隙通过产生泄漏流削弱起始于轮毂表面终止于静叶吸力面的"龙卷风"旋涡的能量源,达到了控制角区失速提高压气机低工况点性能的目的,但间隙产生的泄漏损失会降低设计点性能。而部分间隙明显优于整体间隙,部分间隙的位置越靠近尾缘,低工况点性能提高的幅度越大,同时对设计点的损害越小。TAI2方案的低工况点流量增加了0.89kg/s,效率提高了1.25%,而设计点效率不降低。另一方面,只有当部分间隙增大到一定尺寸后间隙泄漏流才足以抑制角区失速团。

单发螺旋桨飞机滑流影响试验

螺旋桨滑流会使飞机翼面的有效迎角和气流速度发生变化,影响全机气动特性。单发螺旋桨飞机螺旋桨与机翼的相对位置关系相比机翼螺旋桨飞机灵活多变,为了研究不同气动布局单发螺旋桨飞机滑流对机翼的影响,本文针对上单翼和下单翼轻型单发螺旋桨飞机构型的滑流影响进行了测力风洞试验研究。试验发现:受滑流影响,对试验模型的机头进气口进行简单的封堵会产生较大的附加阻力,该附加阻力随螺旋桨拉力系数增大而增大,其量值基本不受襟翼偏度影响;螺旋桨滑流使得单发螺旋桨飞机升力曲线斜率增加,最大升力系数提高,阻力增大,全机升阻比降低,抬头力矩增加,全机纵向稳定性略微降低。机头螺旋桨与机翼的相对位置关系对全机失速迎角有着较大的影响,滑流影响使得上单翼单发螺旋桨飞机失速迎角推迟,使得下单翼单发螺旋桨飞机失速迎角提前。进一步的流场显示试验及理论分析表明,滑流移动到下单翼单发螺旋桨飞机机翼上方引起强烈的上洗流动,增大了机翼当地迎角,从而导致机翼上表面出现大面积流动分离区,飞机失速迎角提前。

基于力学分析的470级帆船转舵应用研究

帆船船体及附体的水动力性能对运动成绩具有重要影响,而舵是470级帆船运动时调整航向和平衡帆船的重要附体。为了得到470级帆船舵的水动力特性,基于计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),采用雷诺平均纳维尔-斯托克斯方程(Reynolds-averaged Navier-Stokes Equations,RANSE)对470级帆船船舵组合体的粘性流场进行了模拟。研究表明,在排水量为280 kg、航速为2 m/s^8 m/s时,舵的失速角为30°;随着航速的增加,船体尾流将影响舵体有效面积和展弦比,当航速为10 m/s时船舵组合体舵失速角为35°;舵角在10°~25°时舵体升阻比较高。帆船比赛中如果要进行较大角度转向,建议舵角为30°~35°;当帆船比赛中接受绕圈判罚时,可以提高帆船速度,同时采用升力系数较大的舵角进行回转,这样可以有效地节约处罚所耗费的时间。结合帆船运动规则和帆船航行路线,基于数值模拟结果探索了舵在帆船转向、绕标和挣脱判罚时的应用规律。

低雷诺数下双元素翼帆的襟翼几何参数对其推进特性影响研究

为了研究大型船舶在航行中翼帆对其推进性能的影响规律,建立了一种双元素翼帆模型,并采用雷诺平均N-S方程在定常和非定常工况下对襟翼几何参数变化的模型进行数值仿真。结果表明,双元素翼帆气动特性的改变体现了襟翼旋转轴位置、襟翼偏转角以及缝隙宽度之间的非线性耦合作用。襟翼旋转轴位置的前移实际上是增大了缝隙宽度,进而增加了流过缝隙的流体,避免了主翼尾流的流动分离。然而,襟翼旋转轴位置的前移距离也受到襟翼偏转角的限制,在襟翼偏转角为25°,攻角为6°,当襟翼旋转轴位置由90%前移到85%时,襟翼吸力面发生了大尺度流动分离。襟翼旋转轴位置不宜过于靠前或靠后,当相对缝隙宽度为2.4%时,襟翼旋转轴位置为85%较为合理。

前缘抽吸对水翼水动力及空泡性能的影响（英文）

为了研究船用水翼前缘抽吸设置对其水动力性能及空泡性能的影响,应用数值模拟的方法进行了系统的计算分析。首先,以NACA0012为研究对象,采用两种湍流模型对翼型绕流进行模拟,通过与实验值对比,确定了合理的湍流模型。随后,计算分析了船用水翼添加前缘抽吸作用后,升力系数、阻力系数和升阻比的变化情况,及对失速角的影响,结果表明船用水翼在前缘布置吸口后可以提高失速角,扩大稳定工作攻角范围,提升翼型升阻比,起到增效的作用。最后,计算了NACA0012翼型及在其前缘加吸口水翼的定常与非定常空泡流动的数值模拟,计算结果表明:定常流动时,在翼型前缘加上吸口,可使空泡尺寸减小,改善了水翼的空泡性能;非定常流动时,加上吸口,可使空泡周期变长,空泡变化范围减小,抑制大规模空泡云的脱落,减少对水翼表面的剥蚀作用,降低空泡对水翼性能的影响。

低雷诺数下襟翼缝隙几何参数对双元素翼帆推进特性的影响研究

为了研究双元素翼帆在低雷诺数下的失速机理和气动特性,本文采用雷诺平均N-S方程在定常和非定常工况下对双元素翼帆模型进行数值仿真计算。结果表明,增大双元素翼帆的襟翼偏转角时,最大失速角减小,而最大升力系数同时受到缝隙相对宽度的影响,随缝隙相对宽度的增加先增大后减小,且缝隙相对宽度对最大升力系数大小和速度流场的影响要大于襟翼偏转角,襟翼偏转角的选择需保证缝隙射流足够补充主翼尾流因边界层分离引起的能量损失。增加缝隙相对宽度时,主翼尾流和襟翼吸力面先后出现了低速及回流现象,而缝隙相对宽度过小时绕流主翼尾缘的流体会减少,最大升力系数较低,因此缝隙相对宽度和襟翼偏转角共同影响着双元素翼帆的气动特性。