直角网格壁函数的二维高雷诺数机翼绕流计算

针对传统直角网格方法无法准确计算高雷诺数下近壁面区域的流场及剪切应力问题,本文基于自主开发的二维直角网格CFD求解器,采用添加壁面函数的方式模拟了高雷诺数下的机翼绕流。数值模型基于直角网格有限差分方法对N-S方程进行离散,整体求解器的精度在空间和时间上分别达到二阶。通过对低雷诺数下圆柱绕流及机翼绕流的模拟计算,验证了此求解器的精度和可靠性。在高雷诺数下利用壁面函数修正近壁面的速度剖面,使近壁面区域的速度分布更符合实际流动。研究结果表明:本文方法能够有效求解二维高雷诺数机翼绕流问题。同时利用商业计算流体力学软件Star-CCM+采用贴体网格对同样问题进行模拟,数值模拟结果表明本文方法的网格需求要大于贴体网格。

粗糙壁面影响下风力机翼型气动特性分析

风力机长期运行状态下易出现翼型表面粗糙度增大的情况,对其气动性能产生一定影响。为了探究粗糙壁面对翼型气动特性的影响,基于壁面函数分布律修正实现粗糙壁面条件计算,通过CFD数值计算方法,针对壁面光滑条件及粗糙条件进行翼型气动特性计算。结果表明,与壁面光滑条件相比,粗糙条件下翼型升力系数降低,失速攻角提前,阻力系数增大,升阻比大幅下降,最优攻角提前,翼型气动性能整体下降。

基于大规模并行计算的结冰翼型失速流场特性数值模拟研究

结冰安全性评估是民用飞机适航的重要工作内容。翼面结冰将引起机翼前缘外形及边界层状态变化,并诱导大范围分离,进而导致飞行器升力面性能急剧降低,甚至带来严重的飞行安全问题。针对常规方法难以有效准确预测结冰翼型后失速流场空气动力学特性的问题,发展了一种结合大规模并行计算和壁面模化大涡模拟(WMLES)的有效数值计算方法,成功用于双角冰结冰翼型GL305/944的后失速流场特性的数值模拟研究,取得了满意效果。数值模拟研究中,计算状态选取马赫数0.12,雷诺数3.5×106,攻角6°,对应了该翼型在风洞试验中后失速附近的流动状态。作为对比,同时给出雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法及改进的时间延迟脱体涡模拟(IDDES)方法的计算结果,并与试验结果进行了综合比较。结果表明,WMLES是一种适于计算大范围分离流动的有效方法,针对结冰翼型后失速流场的数值预测,可大幅提高预测精度;针对文中的GL305/944结冰翼型,WMLES能相对准确地预测总体气动力、压力平顶长度和压力恢复,以及角状冰引起的剪切层失稳,且预测的升力系数相对误差仅为0.47%,远小于RANS方法的-26.7%。

多段翼型风洞侧壁边界层的数值模拟

文中采用CFD数值方法,对相对厚度为17%的GAW-1多段翼型进行了侧壁边界层的数值模拟,并与西工大NF-3低速风洞的实验结果进行了比较。结果表明:对于NF-3翼型测压实验而言,当攻角小于4°时,风洞侧壁边界层对翼型展向的影响可忽略;当攻角大于4°时,风洞侧壁边界层对翼型中间剖面的流场影响必须加以控制和修正;并验证了NF-3风洞侧壁边界层吹除控制系统可以有效控制侧壁边界层的干扰,改善和提高翼型的气动特性。

翼型在自适应壁风洞中试验时的侧壁边界层三元效应研究(英文)

二元翼型试验时模型安装于侧壁转盘上会引起侧壁边界层三元效应 ,中国航空研究院西北工业大学和德国宇航院哥廷根流体力学研究所合作用计算和试验方法进行了研究。作者介绍了 1 995～ 1 998年的研究 ,包含研究目的 ,方案 ,计算方法 ,在德国路德维希管风洞中的验证试验 ,结果分析和初步结论。

二元风洞侧壁抽气孔板的实验研究

新研制的组合孔板造价低廉，夹层更换方便，用其作风洞壁画边界层控制，能消除风洞侧壁引起的翼面上边界层的分离，可有效地改善翼型绕流的二元性和半模的实验条件。

翼型风洞侧壁干扰的数值模拟研究

运用Navier Stokes数值模拟对翼型模型试验时风洞侧壁干扰进行模拟 ,将简单代数湍流模型扩展用于机翼 /风洞侧壁结合区流动 ,分析了风洞实验侧壁干扰问题的形成机理和影响翼型实验侧壁干扰的各种因素 ,如翼型展长、风洞侧壁边界层厚度及侧壁边界层抽吸等 ,对实验结果的影响 ,得出了一些有用的结论。计算格式空间采用中心有限体积离散 ,时间采用多步Runge Kutta时间步长格式进行积分。

翼型极大迎角风洞试验技术研究

在NF-3风洞的二元试验段开展了翼型极大迎角(±180°)条件下气动特性的试验技术研究。针对翼型极大迎角风洞试验的洞壁干扰,提出了风洞壁压信息洞壁干扰修正的改进方法。试验结果表明,发展的试验技术和提出的洞壁干扰修正方法适合于翼型极大迎角试验。

柔性自适应壁风洞的翼型实验技术

给出一种新的二维跨音速柔性自适应壁风洞实验迭代方案,计算方法和实验验证结果。根据实验时实验段上下壁和模型上下表面实测压强分布对风洞内、外流场进行非线性数值模拟;计算流线化壁面的形状,进行自适应实验。用该迭代方案,在堵塞比ε=8％,实验段高与翼型弦长比值H/c=1.5情况下,对NACA-0012翼型进行了高亚音速验证性实验。实验结果与国外大风洞无干扰实验结果吻合很好。实验时迭代次数仅需1～2次。实验结果展示了自适应壁风洞实验技术用于翼型跨音速实验的前景。

壁面喷流可控环量机翼的数值计算

本文提出一种适用于可控环量机翼研究的势流/粘性流的数值解法,包括钝体分离绕流的一种势流解,以及改进的Spalding统一边界层理论的解。通过对具有壁面切向喷流可控环量圆柱绕流和类椭圆翼绕流所作出的数值计算表明,在其计算模型确定后,就不必依赖实验数据来模拟实际问题,计算结果与实验数据符合较好。

二维翼型风洞实验壁面效应的数值分析

运用CFD方法对一种典型的风力机翼型NREL S809风洞实验时风洞上下壁的壁面效应进行了三维数值模拟。计算中使用了Spalart-Allmaras和k-ω(Shear-Stress Transport)两种湍流模型。数值模拟结果同部分实验结果进行了对比,揭示了壁面效应引入了较强的三维性。

翼型风洞试验技术研究现状

准确可靠的翼型气动性能预测对于飞行器的研制至关重要。在数值模拟技术日益工程化的今天,对通过风洞试验获得翼型气动性能的要求也越来越高。针对翼型风洞试验技术进一步发展的目标和实现的技术路径,在资料调研的基础上,结合翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室的研究进展,对翼型静/动态性能测试技术、模型表面流动转捩探测技术以及翼型试验中洞壁干扰控制与修正技术的最新进展和存在的问题进行了总结与分析。研究表明:1)翼型试验有其固有的特殊性,需对硬件条件的建设给予足够的重视;2)现代数据信号处理技术是翼型静/动态试验技术发展的重要方向;3)对洞壁干扰的控制与修正方法仍需结合具体试验场景加强研究。

二元多段翼型试验技术研究

ＮＨ－２风洞在国内首次开展了二元多段翼增升装置试验技术研究。本文主要研究了试验装置的尺寸选择，二元性的确保及洞壁干扰修正，尤其是侧壁干扰修正方法等方面的问题。结果是有价值的。可应用于多段翼增升装置的选型试验。该试验技术经ＧＡ（Ｗ）－１模型的考核，证明与国外资料结果吻合较好，并应用于南昌飞机制造公司所承担的Ｎ５飞机增升装置的选型，该机试飞满意。

移动壁面控制NACA0015翼型气动性能的数值研究

通过对移动壁面的作用原理进行分析,建立了一类可用于移动壁面模拟的广义滑移壁面模型,依此建立了移动壁面的准定常数值模拟方法。数值研究了移动壁面对来流速度为40 m/s的低速NACA0015翼型在临界攻角状态(11°)气动性能影响,其中,移动壁面机构为放置在翼型前缘和背风面的两个转动圆柱。计算研究结果表明,在临界攻角状态,移动壁面对翼型气动性能产生显著的主动和被动控制效果,即:通过显性引入移动壁面,将使基本翼型在临界状态的气动性能变差,但通过移动壁面的运动,并采用恰当的控制策略,将对气动性能产生明显的补偿,抑制边界层的发展,延缓分离;控制圆柱的安装位置、转动方向及转动速率是影响流动控制效果的关键因素。

跨音速翼型风洞的洞壁干扰研究

利用三个几何相似的 RAE104翼型模型,用实验方法确定西工大翼型风洞(TAWX)的无堵塞干扰开闭比。对于不带测压轨及带测压轨两种状态的开槽壁分别采用2%及4%开闭比可认为近似于无堵塞干扰。利用测压轨测量该翼型风洞上下壁附近控制面的静压分布,并利用快速富里叶变换法计算马赫数及迎角修正量。由 TAWX 风洞与西德 DFVLR TWB 风洞实验结果的比较可以看出,当迎角为零时,两者结果吻合较好,说明无堵塞干扰开闭比的确定基本上是正确的,经过快速富里叶变换法进行马赫数及迎角修正后的 TAWX 有升力的实验结果也与 TWB 结果接近。

跨声速洞壁干扰修正的壁压法及应用

本文对二维跨声速洞壁干扰修正的壁压法——FFT 法和匹配法进行了改进;两个算例的计算结果显示了这两种改进方法的有效性。文中还给出了 NAC∧0012翼型和DSMA523超临界翼型的 FL-21风洞试验数据洞壁干扰修正结果。

基于LES方法的风力机翼型绕流的洞壁干扰影响研究

进行风力机翼型大迎角风洞试验时,洞壁干扰比较明显.为改善试验结果的准确性与可靠性,采用大涡模拟(large eddy simulations,LES)方法对风力机翼型全流向洞壁干扰影响进行数值模拟,分析洞壁对翼型大迎角状态速度的影响.结果表明,LES数值模拟可以为风力机翼型全流向绕流提供准确、可靠的气动力数据;越接近极大迎角(90°),受到洞壁干扰,来流绕过翼型后形成脱落涡的速度越大.

海上湿空气翼型气动性能分析

为显示湿空气条件下的翼型特性及提供可选择的求解方法,采用计算流体力学方法研究湿空气条件下翼型周围流场及气动特性。将湿空气看作干空气和小液滴的混合气体,使用两相离散模型求解Re=2×106和Re=3×106下不可压缩空气流场翼型特性。对比了两种攻角下不同湿度空气和干空气的升阻力系数,结果显示湿空气对翼型气动性能有影响。湿空气升力系数较干空气要小,阻力系数较干空气大。升力系数随湿度增大减小,阻力系数随湿度增大而增大。通过流场及边界层流动分析发现,湿气促使流动提前分离。

翼型动态风洞试验洞壁效应研究

翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和静压分布更不均匀,动态试验翼型在相同迎角下的洞壁干扰更严重,表现为翼型在大迎角段,洞壁干扰导致模型中间截面附近和端部截面附近的速度分布和压力分布差异更明显,且相比于压力面,吸力面流动的二维性变得较差。侧壁干扰抑制了翼型中间截面附近的流向分离,诱导了端部附近的展向分离流。上洞壁和下洞壁的非定常压力系数随翼型实时迎角变化也呈迟滞环曲线,迟滞环方向相反,且脉动一阶主频率与翼型俯仰振荡频率一致。风洞洞壁干扰下,翼型动态失速三维涡结构呈“Ω”型。风洞上下壁干扰使得翼型线性段的升力系数和升力线斜率均增加,诱导翼型提前失速;在负行程,则使得翼型升力系数降低。侧壁干扰在负行程诱导了翼型表面的展向流动、减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,正行程范围则影响较小,且翼型失速延迟。FL-11风洞翼型动态试验的上下壁干扰效应为主导因素;但是侧壁干扰不可忽略,特别是在翼型振荡周期的大迎角和负行程范围。

跨声速翼型激波/边界层干扰被动控制的数值模拟计算

本文应用数值计算的方法着重研究了跨声速翼型开孔壁的减阻效果。计算采用了边界层与位流相互作用的模型,藉以了解开孔壁对激波强度及结构的影响和对边界层控制的效果。通过对NACA0012翼型的计算表明,本文采用的自然吹吸的开孔模型能够显著地削弱激波的强度,改善激波的结构,但会使粘性损失增加。在马赫数较小时,翼型开孔后总阻力会增加,而在大马赫数时,开孔翼型的减阻效果才表现出来。这种趋势是与实验结果相吻合的。