A Lifting Line Theory for a Three-dimensional Hydrofoil

Prandtl’s lifting line theory was generalized to the lifting problem of a three-dimensional hydrofoil in the presence of a free surface. Similar to the classical lifting theory, the singularity distribution method was utilized to solve two-dimensional lifting problems for the hydrofoil beneath the free surface at the air-water interface, and a lifting line theory was developed to correct three-dimensional effects of the hydrofoil with a large aspect ratio. Differing from the classical lifting theory, the main focus was on finding the three-dimensional Green function of the free surface induced by the steady motion of a system of horseshoe vortices under the free surface. Finally, numerical examples were given to show the relationship between the lift coefficient and submergence Froude numbers for 2-D and 3-D hydrofoils. If the submergence Froude number is small free surface effect will be significant registered as the increase of lift coefficient. The validity of these approaches was examined in comparison with the results calculated by other methods.

三维近自由表面水翼升力线理论

文章将普朗特的升力线理论扩展到自由表面下的三维水翼升力分析问题。二维水翼升力计算采用奇点分布法,三维水翼升力采用普朗特的马蹄涡叠加法,得到了三维水翼升力线计算理论。并且都考虑了自由表面的影响。在算例中,针对不同的潜深和翼弦长度,给出了升力系数和潜深弗汝德数的关系。其计算结果与其他文献所给的结果相比吻合得很好。

调距桨几何参数对水动力性能影响研究

以某桨的初始设计结果为基础,研究几何参数对水动力和空泡性能的影响.选用NACA叶切面,利用升力面理论用来设计螺距分布和拱弧面形状,设计方案的性能通过面元法进行预报校核,并以预报结果指导方案的改进.研究表明,纵倾对转叶力矩影响较大,如与侧斜搭配合理可以得到性能较优的设计方案;盘面比对推力、效率、转叶力矩、空泡的影响均较为显著.并探讨了几何参数对调距桨水动力和空泡性能的影响规律.

三维薄翼入水水动力的计算

本文提供了一个计算三维薄翼高速入水水动力性能的非定常数值升力面方法。假设薄翼高速入水时,翼的背面为全空泡状态,当翼的随边进入液面后,此空泡域按一定的方向拖至自由液面。在翼的拱弧面上布置线涡和线源,在翼后空泡面上布置线源,所有的奇点系在自由液面上方存在映象以满足自由液面条件。根据翼迎流面的法向不可穿透条件和翼背面及翼后空泡面上的空泡动力学条件确定所有待定线涡和线源的强度,并由此可以计算各时刻翼上压力分布。利用本文提供的方法首先计算了二维薄翼入水的水动力性能,将结果与理论解进行比较,两者结果较为一致。然后,研究了三维薄翼的入水问题。

用升力面方法估算螺旋桨空泡

本文提出了用数值升力面理论求解三维空泡螺旋桨问题的准定常方法.表征螺旋桨负荷、厚度和空泡的奇点系及满足边界条件的控制点均置于拱弧面上。尾涡模型划分为过渡区和远尾流区,过渡区用圆锥螺旋面来模拟尾涡片的变形现象,远尾流区简化为桨叶数的集中等螺距梢涡和一根直线毂涡模型。空泡模型用半闭式.计算结果与实验值吻合良好。

环流理论与泵理论相结合的导管桨设计优化

针对导管桨的设计和优化问题,提出了螺旋桨环流理论、泵升力法相结合的方法。在设计过程中,采用升力线理论变分法求解最佳环量、泵升力法设计桨叶剖面、面元法预报导管桨性能和流场,通过迭代的方式获得推进性能收敛的导管桨。应用该方法对某案例进行了导管桨设计,并采用CFD方法对设计结果进行了验证,结果表明:该方法设计的导管桨能够满足设计要求;与其他方法设计结果对比表明,采用该方法设计的导管桨推进性能和空泡性能更好。

基于深度学习的亚声速机翼升力线理论的改进

针对计算流体力学及升力面理论解算效率低、算力需求大的问题,提出基于深度学习的改进亚声速机翼升力线理论。通过灰度化、阈值化等处理,提取机翼的轮廓。将图像的轮廓通过YOLO系列神经网络使用原创数据集进行角点检测,获得机翼控制点坐标。分别使用控制点坐标及机翼轮廓通过升力线和升力面理论计算机翼的气动参数,并使用多层感知机修正升力线与升力面的误差,获得精度较高的改进升力线模型。结果表明采用上述算法可有效提升升力线理论的准确率,并保证解算效率。

关于前掠翼诱导阻力特性的分析

前掠翼是飞行器布局的形式之一,关于前掠翼诱导阻力气动特性问题,已有的文献中给出了让人产生混淆的认识。为了澄清关于前掠翼诱导阻力问题的概念,分别采用非线性升力面、升力线和高精度求解欧拉方程的方法计算和分析前掠翼诱导阻力特性,与对应的后掠翼、直机翼进行对比,并对前掠翼的优点进行简要梳理。结果表明:前掠翼诱导阻力比后掠翼小的认知是存在问题的,即使在势流理论的框架下,前掠翼的诱导阻力也比后掠翼大。