细长体大迎角非对称涡流的数值研究

通过数值方法对大迎角细长体低速湍流流场的模拟,探讨头部顶端极小扰动对细长体非对称绕流形成与发展的影响.结果表明在细长体顶端附近施加极小扰动可以模拟出实验观测到的非对称流场,非对称的涡系结构沿轴向是逐步发展的,截面侧向力沿轴向的分布呈现正弦型曲线的变化特征,扰动能量经过指数增长后达到饱和,有效扰动的规模影响涡流非对称性的大小及分布,单侧扰动产生的流场非对称性随扰动周向位置的变化呈现单周期性规律.小扰动诱发非对称的数值算例表明非对称绕流的形成是源于流场的空间不稳定性机制.

细长体大攻角非对称涡流的数值研究

运用数值方法模拟了细长体在不同攻角条件下亚音速绕流的背涡结构,探讨了非对称涡流的气动力特性.研究结果表明,在超临界Re数范围内,细长体大攻角绕流的非对称性是沿轴向逐步发展的,背涡结构交替形成、飘起和脱落,并诱导出呈减幅正弦形式分布的截面侧向力.由细长体两侧分离速度不等引起的当地分离涡强度不等是产生截面侧向力的主要因素.随着攻角的增大,流场非对称性越来越显著,侧向力逐渐增大;流场非对称性以及细长体尾部附近类卡门涡街形式的非定常流动都逐渐向前体聚拢.

前体非对称涡流动临界雷诺数效应及分区特性

通过模型表面测压和油流显示,对旋成体于50°迎角在临界雷诺数区域（0.13×10^6~0.81×10^6）的压力分布和侧向力特性随雷诺数变化的演化规律进行了研究,结果表明,随着Re数从亚临界增加至临界区域,模型表面的低位涡侧首先出现层流分离气泡成为转捩分离（Tr）,而高位涡侧仍处于亚临界层流分离（L）,非对称更为显著,侧向力较亚临界区有所增加;随着雷诺数进一步增加,高位涡侧才成为转捩分离,此时非对称流动逐渐演变成对称流动,压力分布呈对称的平台状,侧向力明显减小,因此,通过流动分离前的压力恢复值作为判则,根据旋成体两侧边界层分别处于L/Tr和Tr/Tr状态,可将临界雷诺数区域划分为临界起始发展区和临界区。最后据此判则讨论了旋成体绕流沿轴向多种流态共存的现象。

翼身组合体大迎角前体非对称涡流动性态研究

在亚临界流动范围内,对于带有鸭翼、机翼的翼身组合体,在其头尖部带有确定扰动的条件下,研究模型大迎角下的非对称背涡结构及其气动力特性随扰动周向角的演化规律。通过对模型表面的压力分布和侧向力分布分析,结合流场显示结果,表明翼身组合体绕流中鸭翼前各截面均处于非对称二涡区,头部截面侧向力分布随头尖部滚转而呈现出双稳态特性,鸭翼和机翼上方的流动在大迎角下处于完全分离流动状态,从而使得模型上鸭翼之后的截面侧向力接近为零。

PIV技术在前体非对称涡结构研究中的应用

介绍了北航D4风洞PIV系统的布置及具体实验方案,在此基础上实现了PIV技术在前体非对称涡流动结构研究中的应用。在迎角50°、Re=0.14×106～0.55×106时,对旋成体X/D=2和3.35截面流动结构进行研究。结果表明,随着Re数的增加截面上流动结构存在从非对称二涡向三涡发展的趋势;在亚临界区,旋涡对非对称压力分布的影响起主要作用;在临界起始发展区及临界区,边界层流动状态及其分离形态对非对称压力分布的影响起主要作用;前体非对称涡沿轴向由二涡向三涡的发展状态在临界起始发展区比亚临界区将向更上游的位置发生。

Navier－Stokes方程模拟湍流非对称脱体涡流动

Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程模拟湍流非对称脱体涡流动蔡晋生，罗时钧（西北工业大学）ＮＡＶＩＥＲ－ＳＴＯＫＥＳＳＯＬＵＴＩＯＮＳＦＯＲＡＳＹＭＭＥＴＲＩＣＴＵＲＢＵＬＥＮＴＶＯＲＴＩＣＡＬＦＬＯＷＳ￥ＣａｉＪｉｎｓｈｅｎｇ；ＬｕｏＳｈｉｊｕｎ（Ｎｏｒ...

细长旋成体大迎角正则态非对称涡系结构的物理模型

在亚临界流动范围内,对具有尖拱型头部的细长旋成体在无侧滑大迎角下利用在头部设置微扰动块取得稳定的、可重复的正则态非对称涡绕流流型.通过对物面压力分布、截面侧向力分布和流动显示相结合的实验与分析,揭示了细长旋成体在大迎角下这类正则态复杂涡系从头部沿轴向发展中所呈现出的非对称起始二涡和充分发展二涡、三涡等多涡系,最后在尾部演变为类卡门涡系的复杂流型.给出了这类涡系沿轴向演化与相应的截面侧向力变化之间的相关关系.分析了截面侧向力分布曲线中的特征点所反映的涡系结构演化特征及其相应的压力分布特征.在上述研究结果的基础上建立了细长旋成体大迎角正则态非对称涡系流动结构的物理模型.

2DPIV视场布置方案研究

针对大迎角旋涡三维分离流动空间速度场的测量,介绍了一种能够减小2DPIV实验透视误差的视场布置方案,并将该方案应用于大迎角前体非对称涡流动二涡区截面流场的研究中,比较SPIV和2DPIV同步测量结果的差异。实验结果表明,该视场布置方案能够将2DPIV所摄截面旋涡区速度分量u、v的透视误差由原来的14%、18%减小至5%以内(相对于来流风速V∞)。该视场布置方案可将2DPIV测量旋涡涡心的位置误差控制在流场结构空间分辨率的范围之内。

铝合金结构疲劳裂纹监测研究

针对航空器金属结构裂纹扩展监测的特点和需要,文中提出了一种基于柔性平面的非对称涡流阵列传感器,构建了其半解析正向模型,优化了传感器工作频率、提离距离等参数。然后搭建了基于涡流阵列传感器的结构裂纹在线监测系统,开展了2A-12铝合金裂纹扩展监测实验。模型仿真结果表明:非对称涡流阵列传感器存在最优工作频率,随着提离距离的增加最优工作频率值减小。实验结果表明非对称涡流阵列传感器实现了对2A-12铝合金半孔板试样的实时裂纹监测,监测精度达到了1 mm。

细长体大攻角分离流动的数值模拟研究

采用数值模拟方法研究了具有头部微小扰动细长旋成体大攻角分离流动。考察了全层流和全湍流情况下头部扰动位置和大小对背风面流动和截面侧向力的影响。结果显示：在给定的扰动形式下，层流和湍流背风面流动存在明显的双稳态特征，侧向力随扰动周向位置呈双周期变化；扰动大小对层流流动的影响明显大于对湍流流动的影响。