基于双掠结构的旋翼桨叶载荷研究

该文以直-9直升机主桨叶为研究对象,将其原有的尖部后掠外形改为前掠-后掠组合的先进桨尖双掠构型,重点开展这种桨叶结构优化关键技术研究。建立旋翼系统载荷分析模型,研究在非定常气动环境下旋翼载荷的仿真分析方法,通过与飞行实测数据的对比分析,验证分析方法的有效性。对桨叶前后掠站位、扭转角等关键参数进行敏感度分析,探索双掠桨叶结构的载荷变化规律。分析结果表明,桨叶前后掠的径向位置和角度,以及扭转角度对旋翼载荷的影响很大。在此基础上,通过优化参数,有效地改善旋翼载荷。该文研究结果为这种先进桨叶构型的结构优化提供数据支撑和方向。

W-型无尾气动布局研究

提出了一种新型的飞机气动外形—— W-型无尾布局及其气动设计思想 ,初步研究了两种气动布局方案 :前掠翼无尾气动布局和 W-型无尾气动布局。采用 Euler方程加附面层修正的数值分析方法 ,研究了两种布局的纵向气动性能 ,分析了翼身融合及机体大后掠侧缘对气动性能的影响。结果表明 ,W-型无尾气动布局具有良好的气动性能 ,其气动设计思想合理可行 ,具有良好的发展前景。

串列叶片式前向离心风机气动与噪声特性的优化研究

对采用串列叶片的某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了串列叶片不同叶片相对长度和不同叶片相对周向位置两个参数对风机气动性能及气动噪声的影响。通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到两个参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析。数值结果表明:两个参数对串列叶片式前向离心风机效率和A声级均有较大影响,合理的串列叶片设计能够在保持气动性能基本不变的情况下降低风机的气动噪声。将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的,本文的研究结果可为串列式离心风机在节能与降噪的总体设计方面提供参考。

变前掠翼气动布局纵向性能研究

发展和改进了一种变前掠翼气动布局及其设计思想,设计了集战斗和轰炸于一体的通用任务模式,并根据设计指标和翼身融合技术初步设计了变翼几何外形。采用N-S方程计算了该几何外形不同构型的纵向气动性能,分析了机翼前掠角对不同任务模式下纵向气动性能的影响。结果表明,变前掠翼气动布局可通过改变机翼前掠角来获取最佳纵向气动性能。

前掠翼与后掠翼布局流动机理的数值研究

采用三维N-S控制方程和标准k-ε模型,计算了前掠翼和后掠翼模型的气动特性,比较了各自的优势和不足,并通过流场显示分析了其流动机理。研究结果表明:小迎角下后掠翼的升力系数较高,大迎角下前掠翼的失速性能较好,其根源是展向速度的方向相反。后掠翼过早的翼尖失速是导致失速迎角较小的原因。而前掠翼之所以具有良好的大迎角性能,是由于其机翼根侧缘涡和翼尖前缘涡相互作用,对机翼产生上吸力,带来涡升力并且增强了对机翼表面流动的控制能力。前掠翼的流动机理可为先进飞机布局的设计提供理论依据。

前掠翼与平直翼布局气动特性的比较分析

基于ANSYS 11.0的计算流体力学模块CFX,选取Reynolds平均的三维N-S方程及SST涡粘湍流模型,采用数值计算和流场可视化分析方法,对变前掠翼布局在低速起飞/着陆及高跨音速作战使用状态的气动性能进行了计算。着重对前掠翼与平直翼布局气动特性和流动机理进行了比较,通过对涡结构的分析发现,机翼前掠使得机翼前缘涡和鸭翼机身涡呈"V"字型靠近并相互加强,从而诱导出了二次涡,大大提高了对翼面气流分离的控制能力,验证了增大升力系数和失速迎角的机理。计算结果表明变前掠翼布局设计合理。

基于多属性决策的气动隐身多目标优化

针对多目标优化结果排序与选择的多属性决策(Multi-attribute decision making,MADM)问题,将多目标优化与MADM相结合,提出基于MADM的多目标优化方法,并将该方法应用于跨声速前掠翼(Forward-swept wing,FSW)气动隐身多目标优化中,优化结果提高了跨声速FSW的气动和隐身性能。采用类别形状函数变换法(Class-shape function transformation,CST)方法对翼型几何外形进行描述,实现FSW气动和隐身多学科优化设计模型的参数化描述。建立基于N-S方程的计算流体力学方法的FSW气动分析模型和基于矩量法的计算电磁学方法的FSW隐身分析模型。将Pareto多目标遗传算法得到的Pareto非劣解集构成MADM矩阵,采用基于模糊熵权的改进的逼近理想解的排序法(Modified technique for order preference by similarity to ideal solution,M-TOPSIS)方案评价方法进行Pareto非劣解排序,最终确定最佳的Pareto非劣解。研究结果验证了所提出方法的有效性,为多目标优化问题提供了一种新的解决途径。

近距鸭翼高度对鸭翼-前掠翼布局纵向气动特性影响的实验研究

前掠翼布局由于其潜在的优越性,在未来战斗机的研究设计中将占有日益重要的地位。本文通过风洞测力实验,研究了近距鸭翼相对于前掠主机翼的高度对布局纵向气动性能的影响。实验结果表明:随着主机翼前掠角的增大,近距鸭翼布置高度逐渐增加可获得较好的气动特性。

变前掠翼布局气动特性及流动机理研究

基于N-S控制方程和流场数值计算方法,研究了变前掠翼布局的气动特性和流动机理。低亚声速下,平直翼构型展弦比最大,因而最高的气动效率,适合起飞和着陆;跨声速时,前掠翼构型均有很好的低阻和失速特性,适合巡航或机动;超声速时,三角翼构型的零升阻力和激波阻力最小,可用于高速突防或逃逸。本文研究结果可为多功能战斗机的气动布局设计提供参考。

变前掠翼无人机气动特性和动力学建模与仿真

在无人机空中气动特性优化建模问题的研究中,变前掠翼无人机具有很复杂的动力学特性,由于存在固有的气动弹性发散和变体过程强气动耦合以及力学环境的诸多不确定因素,使得无人机本身的动态特性相当复杂,而利用经典牛顿力学对单一刚体建模难以清楚反映变体飞行过程的动态响应。在介绍变前掠翼布局无人机动特性的基础上,对无人机机翼变掠过程的5种典型构型的气动性能进行了数值计算,为分析动力学特性提供依据;采用Kane方法建立了机翼前掠过程中多体动力学系统的数学模型,推导了六自由度非线性动力学方程,得到了简化解耦后的纵向动力学方程并进行了仿真验证,结果表明系统是稳定的,可为变前掠翼布局飞行器的动力学分析和飞行控制系统的设计提供参考。

动叶前掠角与小型轴流风扇气动性能的关系

对某小型轴流风扇原型、前掠10°、前掠20°和前掠30°改型风扇的三维流场进行了数值模拟,重点研究了动叶前掠角与风扇气动性能的关系.结果表明:当前掠角增大到一定范围后,前掠动叶对风扇的全压和效率有提升作用,尤其在设计流量以下的区域,前掠20°风扇使风扇的全压和效率提高了约10%和6%;从叶片表面的静压分布看,前掠动叶加大了上半叶高的载荷分布,增强了叶片的做功能力;前掠设计可以减少叶顶的湍动能,减少间隙流动损失.

可变形飞行器新概念升阻特性分析

飞行器的变形方式可分为三大类:局部小变形、中等变形和大尺度变形。针对大尺度变形,提出了两种可变形概念:变前掠翼布局和可伸缩翼布局。通过数值方法计算分析了不同变形外形在不同马赫数下的升力、阻力和升阻特性,从中总结出适合于各个速度段的能够获得最大升阻比的最佳变形方式。结果表明:大尺度变形能够显著改变飞行器的升阻特性,使可变形飞行器能适应较广范围飞行条件的变化,因而在全飞行周期中比传统的固定外形飞行器具有更优的性能。

展向动量测定法与前掠翼流动机理研究

为揭示前掠翼与后掠翼的流动差异,研究前掠翼流动的特点和机理,设计了可进行直接比较的具有相同翼型剖面、相同展弦比、无根梢比的前掠45°(Λ=-45°)与后掠45°(Λ=45°)机翼模型,采用基于雷诺平均N-S方程流场求解器对前掠和后掠翼低速纵向气动性能进行数值模拟计算,并提出了展向动量测定法前掠翼流动机理进行了深入分析,研究结果表明:1)前掠翼展向动量输运使得升力向翼根汇聚,前掠翼展向升力分布更接近于椭圆分布,致使前掠翼诱导阻力更小;2)黏性对前掠翼的流场计算影响很大,文献中基于势流理论得到前掠翼比后掠翼气动性能好的结果是不准确的;3)在小迎角时,前掠翼气动效率与后掠翼相当,仅在最大升阻比迎角时前掠翼优于后掠翼,中等迎角下前掠翼翼根分离导致气动效率下降,但前掠翼具有更好的大迎角失速特性,有利于前掠翼大迎角飞行;4)相同总升力的情况下,前掠翼的翼根弯矩只有后掠翼的翼根弯矩的89.4%,采用前掠翼更有利于减轻机翼的结构重量。

由两个风扇转子设计得到的启示

本文对两个风扇转子设计进行了总结，从设计过程突破问题的关键以及流动的组织方面看，得到了几点有益启示，值得在新型叶轮机设计及有关问题研究中引以借鉴。

掠动叶对小型轴流风扇转子气动及声学特性的影响研究

通过前掠、后掠以及径向小型轴流风扇转子流场的数值分析 ,研究了掠动叶对转子气动及声学特性的影响及其作用机理 ,并给出了由转子尾缘旋涡脱落而诱发的紊流噪声的声压值分布。该分布说明了前掠动叶提高了转子的声学特性。

大子午扩张涡轮的过渡段分离控制设计

在现代高性能的航空涡扇发动机设计中,为了提高经济性,采用较大涵道比,导致风扇高度增加较大,高低压涡轮转速差距较大,高低压过渡段采用大子午扩张型线结构,给低压涡轮及过渡段气动设计带来较大的困难。针对此类涡轮设计要求的特点,采用了两种设计方式对原型进行改型,并对两种改型方案进行了数值模拟,从而研究如何控制此类低压涡轮过渡段分离,提高其气动性能。研究表明,采用两种方法都能够有效的改善流动和降低损失,相比之下,前掠宽弦方案更佳。

机翼掠角对前掠翼布局气动性能影响的流动机理

采用N-S方程和SST模型数值模拟方法,对比了前掠翼和后掠翼飞机气动性能的差异,对不同前掠角前掠翼布局的飞机纵向气动性能进行了比较,分析了其流动特性,总结了前掠角对前掠翼布局气动性能的影响。研究结果表明,前掠翼与后掠翼气动性能差异的根源是展向速度的不同;小迎角(α<16°)时,前掠角较小的模型气动效率较高,升力系数和升阻比也较大;大迎角(α>16°)时,随着前掠角的增大,前缘涡和侧缘涡增强,对翼面流动产生有利控制,因而前掠角大的模型升力系数较大。该研究可为前掠翼布局的设计提供理论依据。

离心泵做透平的叶片弯曲形状分析

为提高液力透平的效率,设计了前弯和后弯2种叶片弯曲形式的叶轮,利用实验、理论和数值计算相结合的方法对离心泵做透平的水力性能进行了研究.分别对后弯式叶轮泵工况、透平工况和前弯式叶轮液力透平工况3种情况的水力性能进行了分析,得到泵工况和2种液力透平工况下外特性曲线的差别,并分析了液力透平各过流部件内部功率损失分布.研究结果表明:泵作透平的外特性曲线与泵的不同,Q-H曲线随流量增加而逐渐增加;2种叶轮形式的液力透平对比中,前弯形叶轮在最高效率点的流量、扬程、轴功率和效率分别比后弯形叶轮高;前弯形叶轮高效点以及高效点之后的流量效率曲线高于后弯形叶轮的流量效率曲线,流量扬程曲线低于后弯形叶轮的流量扬程曲线,2种形式的叶轮轴功率相差不大.液力透平各过流部件功率损失分布表明,前弯形叶轮内部的功率损失的减小是液力透平效率提高的主要原因;对比2种叶片弯曲形状液力透平的流量和扬程系数可知,前弯式叶轮的流量系数和扬程系数均大于同尺寸后弯式叶轮的,因此前弯叶轮更适合于液力透平工况运行.

对变前掠翼布局隐身特性的数值分析

针对变前掠翼布局设计,给出在鸭翼与机头连接处略有不同的2种方案。气动计算表明:在对变前掠翼布局的作战使用中将三角翼用以突防是合理的,且鸭翼与机头融为一体的尖前缘设计方案更优。对2种方案三角翼布局的双站雷达散射特性计算表明:在大部分方位角内其雷达散射截面都处于0 dBm2以下,且波峰波瓣很窄,不易被雷达发现和连续跟踪。相比较而言,尖前缘的设计方案其隐身特性仍然较优。因而在对变前掠翼布局设计时,宜采用将鸭翼前缘与机头前缘融为一体的设计方案。

动叶正弯对压气机性能影响的数值研究

对某多级高亚音轴流压气机的第七级动叶叶片进行了正弯设计的参数研究,得到了适用于所研究压气机的弯动叶气动性能变化规律,数值研究结果表明:对于正弯叶片,弯角和弯高存在一个最佳数值。动叶正弯改善了压气机级的气动性能,提高了整级的效率和压比。