双三角翼的翼面压力分布与空间涡态相关分析

本文将双三角翼翼面测压试验结果与空间涡态观察测量结果进行了定性的相关对比分析，分析表明：垂直于双三角翼翼面的典型横截面上压力系数Ｃｐ展向分布与空间涡态有明显的对应关系，Ｃｐ分布的峰值数目反映了双三角翼的双涡态和单涡态，Ｃｐ峰值随α变化反映了涡强随α的变化，Ｃｐ峰值所在展向位置反映着涡核的展向位置，Ｃｐ峰形的平坦反映了涡的破裂。

直驱式涡旋机接触力控制方法研究

针对涡旋机侧向密封过程中,动涡盘和静涡盘接触力难以控制的问题,结合动涡盘圆周平动特点,在分析了涡盘接触力模型的基础上,提出了一种基于法向-切向坐标系下的动涡盘运动控制策略以及主动柔顺控制方法。首先,介绍了经典柔顺控制的原理,分析了XY直角坐标系下经典柔顺控制方法的不足;然后,提出了法向-切向坐标系这一概念,通过推导基于法向-切向坐标系下各运动变量之间的关系,对动涡盘的运动控制系统进行了总体设计;最后,采用MATLAB/Simulink软件搭建了涡旋机的接触力模型及其控制模型,并采用模型对上述方法进行了可行性验证,采用实验分别得到了动涡盘平动速率不变而接触力设定值改变时的实际接触力曲线,以及接触力设定值不变而动涡盘平动速率改变时的实际接触力曲线。研究结果表明:接触力的实际值与设定值的跟踪误差在2%以内;改变接触力的设定值后,接触力的实际值能在0.3 s左右跟踪到新的设定值;当动涡盘平动速率突然改变后,接触力的实际值能在0.2 s左右回到原来的平衡状态。以上结果说明,基于法向-切向坐标系下的主动柔顺控制方法可以有效地控制涡盘平动过程中的接触力。

大迎角跨音速三角翼漩涡特性及激波与涡干扰的数值模拟研究

采用对流迎风分裂格式改进形式(AUSM+)和SST两方程湍流模型结合求解三维雷诺平均Navier Stokes(RANS)方程。通过对跨音速65°后掠尖前缘三角翼的数值模拟,研究了三角翼上翼面正激波的移动情况以及涡核破裂点变化情况。计算结果与实验对比表明:采用AUSM+格式和SST两方程湍流模型结合能够准确模拟出激波结构和大迎角下空间涡结构以及激波与涡相互干扰情况。

基于正交试验设计方法的短舱涡流片空间位置优选

以四台翼吊发动机运输机为研究对象,基于正交试验设计,通过N-S方程进行全机流场数值计算,研究了短舱涡流片的周向角、安装角和弦向位置对全机低速气动性能的影响,并优选出了最佳空间位置。研究结果表明:短舱涡流片诱导的空间涡能有效抑制上翼面的流动分离,从而延缓失速,提升增升装置效率;短舱涡流片弦向位置对气动性能改善的贡献率最大,其次是安装角,周向角的贡献率最小;正交试验中最佳空间位置的短舱涡流片可使飞机最大升力系数提高4.53%,失速迎角增加2.8°。

基于PIV技术分析颗粒在湍流边界层中的行为

采用粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)在平板湍流边界层内开展实验研究,对比颗粒相及单相液体的平均速度剖面、湍流强度、雷诺应力等湍流统计量,分析颗粒在湍流边界层中的行为.利用空间多尺度局部平均涡量的概念提取壁湍流发卡涡展向涡头(顺向涡)并统计其数量规律,得到不同法向位置处顺向涡周围流向脉动速度及流线的空间拓扑结构,比较分析顺向涡发展程度及周围的湍流相干结构.结果发现:与清水工况相比,颗粒相湍流边界层的缓冲层变薄、对数律区下移,湍流强度得到增强,雷诺应力在对数律区有所增大;颗粒的流向脉动速度在展向涡周围的分布与清水工况不同,颗粒能够被流体展向涡周围的猝发过程有效传递;颗粒相的顺向涡涡核较大,且随着法向位置的升高逐渐发展完整,涡和条带在流向上拉伸得更长;同时发现在两种工况下,顺向涡的左下方始终存在一个逆向涡,颗粒相逆向涡的形成弱于单相流体;两种工况下的顺向涡数量均随着法向位置的升高而减少,最后逐渐趋于稳定.

鳞鲀模式推进机理的数值研究

通过求解三维非定常不可压缩N-S方程对鳞鲀模式的游动进行了数值模拟,研究了鳞鲀模式游动的水动力学特性与流场特征,揭示鳞鲀模式游动的推进机理。结果表明,鳞鲀的背/臀鳍在一个波动周期内脱出两个非对称涡环,涡环中心诱导射流为鳞鲀提供推力;鳞鲀的推力分别依靠鳍面的波动和横侧摆动产生,背/臀鳍的安装角度使鳞鲀能更有效地利用这两部分的推力分量,且平衡沉浮力分量。鳞鲀所受推力随波动频率和幅度的增大而增大,随波长的增大先增大后减小,并且波长过大时,推进效率会急剧降低。相比于身体-尾鳍摆动(BCF)推进,鳞鲀模式具有极高的推进效率。与长鳍扭波推进模式相比,鳞鲀模式则具有更强的机动性。

超疏水壁面湍流边界层减阻机理的TRPIV实验

利用高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术,开展超疏水壁面材料湍流边界层减阻机理的实验研究.在循环水槽中,对超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层瞬时速度矢量场的时间序列进行了实验测量.得到了同一来流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层的平均速度、湍流度及雷诺切应力沿法向的分布规律.提出了空间多尺度局部平均涡量的概念,并以此为特征量检测壁湍流发卡涡展向涡头的中心位置.用条件采样及空间相位平均技术提取了不同法向位置发卡涡展向涡头周围流向脉动速度和流线的空间拓扑,对发卡涡展向涡头的俯仰角进行了对比,并从鞍点-焦点动力系统的角度分析了发卡涡展向涡头附近的流线拓扑特征.研究表明:雷诺数约为13 500时,相比亲水壁面,超疏水壁面实现了10.1%的减阻.超疏水壁面平均速度明显增大,雷诺切应力减小,流向湍流度减弱,发卡涡展向涡头俯仰角较小,近壁区相干结构的发展受到抑制.