现代战斗机非定常空气动力学及其风洞实验研究

良好的过失速机动飞行能力是现代战斗机的主要性能指标之一。本文描述了现代战斗机大迎角过失速机动飞行中存在的典型非定常气动现象、目前的研究水平和发展趋势；介绍了中国空气动力研究与发展中心低速所在该领域的研究现状，存在的不足以及下一步的重点研究方向。

面向先进飞行器设计的非定常空气动力学

着重综述飞机在大攻角飞行中遇到的非定常气动力问题，同时强调进一步发展非定常空气动力学对先进飞行器设计具有重要意义。

大型海上浮式风机非定常空气动力学特性研究

大型海上浮式风机是一种结合了现代风电技术和漂浮式结构物技术的新型风电装备,应用前景广阔,已成为世界各国竞相角逐的技术高地。充分认识浮式风机气动特性是浮式风机结构优化和可靠性设计的关键,具有重要的学术和工程意义。浮式风机气动性能的非定常特性显著,现有研究仍面临气动载荷特征认识不充分、发电性能计算不准确、缺乏有效试验研究方法等问题。

高速列车受电弓空气动力学对弓网受流的影响

为了研究高速列车弓网受流特性,考虑受电弓平均稳态与非稳态气动力影响,基于受电弓的非稳态空气动力学模型,采用均匀来流假设,运用计算流体力学(CFD)方法得到受电弓各部件的气动升阻力.将非稳态气动力时间平均,得到平均稳态气动力,并将具有一定脉动的受电弓非稳态气动力及平均稳态气动力分别加载至弓网动力学模型中,对比了2种气动力加载情形下弓网动力学.仿真结果表明:在受电弓三质量块模型下,受电弓平均稳态与非稳态空气动力学对弓网受流的影响差别不大.进一步从受电弓非稳态气动力激励的振幅与频率两方面研究了其对弓网受流的影响,当外部激励振幅较大或频率与弓网系统频率接近时,弓网受流特性会受到显著影响.研究结果为将来考虑非均匀来流、横风等复杂气动条件下的弓网受流特性研究提供了基础.

大迎角耦合运动非定常空气动力特性

采用某飞机大迎角大振幅运动风洞实验结果,分析了大迎角非定常空气动力的一些特性。结果表明,飞机机动飞行时多自由度运动的气动特性比单自由度运动复杂,耦合运动时的气动特性和两个单自由度运动的气动特性的叠加结果相比有一定差别。此外,旋转天平实验结果同本实验的结果相比差别较大。

风力机翼型非定常气动力分析(英文)

基于状态空间描述的Beddoes-Leishman动态失速模型,对风力机翼型进行非定常气动力分析.考虑到风力机翼型工作时的实际情况,在模型中忽略了可压缩性效应和起始于翼型前缘的流动分离.模型考虑了气流的近尾流效应和在失速区域的后缘分离效应.模型用4个气动状态来描述非定常气动力系数动力学,其中两个用于描述近尾流效应中的时间迟滞,另两个用于描述后缘分离效应.采用模型对做简谐变桨运动的FFA-W3-241风力机专用翼型进行了非定常气动力分析.数值计算结果与实验值吻合良好,说明模型能较好地描述风力机翼型的非定常气动特性.将动态失速数值计算模块与已有的风力机气动与结构分析软件集成,利用软件对一台1.5MW变速变桨距风力机的发电工况进行了仿真.仿真结果表明,翼型的非定常气动特性对动态载荷计算结果影响很大,因此在风力机的设计过程中应该予以充分考虑.

飞行器非定常气动力试验与建模研究

介绍了57°三角翼布局战斗机模型在CARDC直径3.2m风洞进行的俯仰、偏航和滚转3个方向大振幅振荡的非定常气动特性，试验的振幅为20°、35°，俯仰和偏航振荡的减缩频率为0～0.06,滚转振荡的减缩频率为0～0.2。另外利用基于频率域的Fourier变换法和非线性代数法，对非定常气动力建模进行了探讨，气动模型预测结果和试验结果具有较好的一致性。

风力机叶片的非定常气动特性计算方法的改进

该文从日常的风力机气动设计和研究出发,在考虑非定常条件下翼型绕流物理特性的基础上改进动态失速的半经验模型,先得到二维时的计算结果(即不考虑旋转影响的计算结果),再在考虑紊流的情况下分析离心力和哥氏力对附面层分离的影响来计算风力机叶片的非定常气动特性,得到三维时的计算结果(即考虑旋转影响的计算结果)。分析比较二维和三维时的计算结果,可知采用考虑旋转影响的计算方法改善了原来二维时的计算方法,所得结果与实验值吻合得较好。

畸变进气下压气机叶片非定常载荷的数值模拟

为了分析畸变进气在轴流压气机转子叶片表面产生的非定常激振力 ,采用二维无粘线化非定常流理论 ,建立了周期性气流条件下叶片表面非定常气动力的计算模型 ,根据实测的畸变实验数据 ,对某发动机的第一级叶片表面非定常激振力进行了计算分析 ,结果表明在叶片的不同径向位置 ,非定常压力的分布规律不完全相似 ,而作用在叶片表面总的非定常气动力在叶尖部位最强。

展向吹气对非定常气动特性影响试验研究

主要介绍了翼身组合体模型在CARDC-Φ3.2m亚声速风洞进行非定常气动特性研究。研究内容包括一60°后掠角三角翼身组合体在俯仰和滚转振荡中的气动特性,以及展向吹气对动态气动特性的影响。另外,运用PIV技术研究了非定常气动特性及展向吹气影响的流动机理。研究结果表明:利用展向吹气可显著改善在俯仰和滚转振荡中气动特性的迟滞现象。

三维旋转效应对叶片非定常气动特性的影响

在旋转的作用下,流动分离向下游延迟,结果大大改变了风力机叶片的气动特性,这种由旋转所带来的影响被称为三维旋转效应。本文以叶片表面边界层理论分析的结果为基础,给出了三维旋转效应对气流分离影响的解析关系,使得这一复杂问题可以方便地解决,为准确计算旋转叶片的气动载荷提供基础。通过算例表明,当这一三维旋转效应应用于叶片非定常气动特性计算时,能大大改善计算结果。

风力机智能叶片非定常气动特性分析

为研究大型风力机智能叶片的非定常气动特性,以具有尾缘襟翼的NREL 5 MW参考风力机为研究对象,改进动态失速模型并修正动态尾流模型,建立风力机智能叶片的非定常气动模型。进而,通过仿真验证所建模型的准确性。最后,研究在不同尾缘襟翼角度下翼型升力系数、叶根挥舞弯矩和风力机功率的变化规律。结果表明,所建模型可较准确模拟翼型周围的非定常流动状态;尾缘襟翼可减小动态失速效应,有利于降低疲劳载荷、抑制功率波动。

非定常试验数据处理中数字滤波器的设计

为了对非定常试验数据进行处理,笔者设计了一款数字低通滤波器,有效地减弱了信号中的噪声和干扰,并已成功用于试验中。文中介绍了该滤波器的设计方法,并给出了理论计算公式以及在非定常试验数据处理上的应用情况。

三维扑翼非定常运动的数值分析

用计算流体力学的数值模拟方法(CFD)研究三维扑翼飞行的非定常空气动力特性,受到人们极大关注。建立了三维扑翼沉浮运动的简化模型及运动方程,采用用户自定义函数(UDF)和动网格方法,对三维扑翼展向不同截面的压力系数分布进行分析。结果表明,三维翼型扑翼运动时,翼型截面对翼型压力特性均有不同程度的影响。

仿鸟扑翼机器人气动力建模与分析

采用改进的叶素理论对仿鸟扑翼机器人的空气动力学问题进行了研究,建立了低雷诺数、非定常条件下,仿中小尺度飞鸟扑翼机器人的扑动模型和扭转模型,并考虑非定常尾涡对展向气流的下洗效应,对飞行迎角进行了修正.在此基础上,建立了扑翼机器人的升力模型和推力模型.实验数据与仿真结果基本吻合,较好地揭示了气动力在下扑和上扑阶段的变化趋势.以该模型为基础,进一步分析了扑翼机器人的飞行机理和气动特性,发现升力由扑翼内、外翼段共同产生,而推力主要由外翼段产生,且改变扑翼频率对推力的影响要大于升力.结果表明,文中方法在仿鸟扑翼机器人的气动力分析方面是有效的.

基于鸟类低频飞行原理的仿生海上极限运动载具设计

为了将鸟类飞行过程中的非定常空气动力学运用到海上载具,结合广汽研究院超级玩伴主题要求,对基于鸟类中低频飞行行为的仿生海上极限运动载具的综合设计。运用低频飞行生物运动过程中产生的攻角及变载量,获得比传统海上载具更高的动能效率,克服当前海上载具机动性低的缺陷;运用运动想象原理将人类的运动意向与鸟类的行为逻辑进行匹配,能够省去复杂的操作流程,进一步优化驾驶体验。得到三维装配模型。利用鸟类低频飞行原理,制作1:6尺寸模型进行结构可实现性分析,将鸟类身体构造、羽毛结构、运动方式、能耗利用等方面与船体结构与造型做出结合,提出一种仿鸟船体的运动结构。

仿鸟型扑翼飞行器气动/结构/飞行力学耦合研究进展

仿鸟型扑翼飞行器在飞行机动性和飞行效率上有巨大发展潜力,是一种具有较高研究价值和应用前景的微型飞行器。由于仿鸟型扑翼飞行器的柔性扑动翼在扑动过程中会产生较大结构变形,同时扑动翼的扑动运动与机体的刚体运动会产生高度耦合,因此需要从气动、结构与飞行力学多学科耦合的角度对该类飞行器的气动特性和飞行稳定性进行分析。针对该类飞行器的气动机理、气动/结构耦合研究、飞行稳定性分析方法以及扑动翼的柔性对飞行稳定性的影响等方面进行了国内外现状的分析和总结。目前仿鸟型扑翼飞行器的发展还面临着诸多难题,尤其在非定常气动机理、气动/结构耦合的尺度律以及气动/结构/飞行力学的耦合方法等方面亟需进一步的突破和发展。

纵向二次折叠翼的运动特性研究

折叠翼是弹药寻求所占空间小的飞行装置结构件,便于发射箱(筒)式贮存、运输,极大地节省了弹药的储运空间,增加了武器系统的运载、作战能力。本文研究了纵向二次折叠翼在展开过程中的气动弹性特性,建立了二次折叠翼在变体过程中的动态方程,计算出折叠翼在变体过程中的广义非定常气动力,并对折叠翼进行气动弹性颤振分析。结果表明,由于大气环境的不确定性,以及导弹飞行速度与折叠翼展开速度的变化,导致折叠翼气动弹性系统出现不稳定的状态;在变体过程中,折叠翼展开过程中的位移幅度以及角自由度变化是确保弹箭飞行稳定的关键因素。

旋转流场下飞机大幅滚转振荡时的动态横向气动特性实验研究

在气动院FL-8风洞中,采用旋转流场下单自由度振荡机构进行了旋转流场下大幅滚转运动的动态气动特性实验研究。模型在绕风轴连续旋转的同时进行给定频率和振幅绕体轴的滚转振荡运动,测量了模型的动态气动特性,着重分析了不同运动参数对模型气动特性的影响。结果表明,旋转速度的存在使大幅滚转振荡试验中的滚转力矩和偏航力矩发生平移,同时使滚转力矩和偏航力矩的迟滞特性发生明显的变化。

扑翼轨迹对空气动力的影响

通过数值求解N-S方程研究,在不同拍动轨迹下的蜻蜓翅膀所受的气动力,对比了直线拍动、椭圆拍动、“8”字拍动和双“8”下的受力特性.结果表明,不同拍动轨迹下升阻力曲线的具有一个共同特征:下拍阶段主要提供升力,上提阶段主要提供推力;几种拍动轨迹下的最大升力系数峰值都超过了5,“8”字和双“8”字拍动甚至超过了6,远远超过稳态下的1;相对于直线拍动轨迹(无横向偏移量),椭圆型轨迹和双“8”字型轨迹均导致升力的降低,而“8”字型拍动轨迹下的升力和推力却得到明显提高.由于各种需要,昆虫在飞行过程中需不时地改变翅膀的拍动状态.研究昆虫飞行不同拍翅模式下的受力特性对微型飞行器的机动飞行设计有参考意义.