压力敏感涂料测量技术在掠型叶栅表面测压中的应用

为了获得某掠型叶片吸力面压力分布,对一稠度为1.53,掠角为10.7°的掠叶栅进行了光路布局以及压力敏感涂料(PSP)压力测量,利用图像处理和三维重构算法得到了可读性高、便于数据提取的三维叶片吸力面压力分布,并和测压孔测量结果进行了对比。结果表明:利用自主发展的光路布局方法,有效解决了叶片表面光照辐照度不均匀、拍摄视角受限的问题;得到了高信噪比的原始压敏图像以及宽范围多工况的掠叶栅吸力面全域压力分布。与测压孔测量相比,PSP测量误差在5%以内,并且PSP测量结果还捕捉到了峰值等熵马赫数位置沿弦向的迁移以及叶片尾缘的气流分离现象。对不同攻角和来流马赫数下的掠型叶片吸力面压力分布进行分析:掠型叶片在零攻角和正攻角下存在明显的径向压力梯度,促使后掠型叶片气流向前掠迁移,增加了前掠下流低能流体的能量,使得前掠更有利于延迟角区分离,后掠则更容易发生角区分离;掠型叶片在低来流马赫数下展向压力对称性良好,掠设计的影响不显著,高来流马赫数则放大了前后掠对角区分离控制效果的不同。相比传统测压孔有限的压力分辨率,PSP测量可为掠型叶片设计和流动机理分析提供丰富可靠的压力实验数据。

微型扑翼飞行器空气动力学研究进展

微型扑翼飞行器(FMAV)作为一种新概念的航空器,有着广泛的功能和用途,已经受到了各国的高度重视.综述了国内外对微型扑翼飞行器的低雷诺数空气动力学问题的研究现状及未来的发展趋势,讨论了目前研究中需要解决的一些关键技术.在此基础上,总结出今后研究的重点,并为微型扑翼飞行器的设计提供了参考依据.

计算空气动力学飞机红外辐射强度估算方法

结合CFD技术和红外辐射理论发展了一种飞机红外辐射强度估算方法。首先通过欧拉方程数值模拟来获得飞机表面温度场分布,然后应用结合粘性附面层理论进行壁面温度计算分析。在获得了飞机表面温度分布数据之后,采用灰体辐射理论估算全机红外辐射强度。进行某喷气式飞机红外辐射强度估算研究,分析有/无尾焰情况的飞机红外辐射强度计算结果,初步验证了所提出方法的可行性。所提出的红外辐射估算理论对于飞机红外隐身与高生存力设计具有一定的参考价值。

平流层飞艇空气动力学研究进展

平流层飞艇有着广泛的功能和用途,随着科技的飞速发展,世界上掀起了研究和开发平流层飞艇的热潮.综述了国内外对平流层飞艇空气动力学问题的研究现状及未来的发展趋势,讨论了目前研究中需要解决的一些关键技术.在此基础上,总结出今后研究的重点,并为平流层飞艇的设计提供了参考依据.

具有Gurney襟翼的多段翼型空气动力特性分析

增大飞机的升力可以有效地缩短飞机起飞和着陆的滑跑距离 ,本文通过对高升力多段翼型有、无Gurney襟翼时的翼面边界层、尾迹速度分布及表面压力分布的测量等实验方法研究了具有Gurney襟翼时的多段翼型绕流特性及增升规律。实验研究结果表明 ,在α =8°时 ,Gurney襟翼高度为 0 .0 2c和 0 .0 5 5c时 ,使多段翼型升力系数分别增加了 1 3%和 2 2 %。Gurney襟翼的增升效果不仅与Gurney襟翼的高度密切相关 ,而且还与在翼面上的安装位置有关。

吸附式压气机叶栅端壁流场油流实验研究及数值分析

设计加工了压气机叶栅端壁试验件,安置在吸附式叶栅中间通道50%叶展处,用来研究无马蹄涡影响的端壁流场。通过油流显示方法得到了其在设计点4种抽吸流量下的近壁面流线分布。在抽吸缝所在相对弦长处,沿节距方向等距测取了8个试验件壁面静压值。应用Fine/Turbo软件包,采用全通道网格在设计点进行了数值计算,对试验件端壁流场进行补充分析,较好地解释了实验现象。研究发现,吸附式压气机原始叶栅端壁处的马蹄涡压力面分支未与叶型吸力面交汇,因此消除马蹄涡影响的近端壁油流试验件叶型表面负荷水平的提升主要来自于前段弦长范围内,在前40%轴向范围内叶型负荷平均提高了15.5%,并且叶型负荷随着抽吸流量的增加而增加,抽吸效率随着抽吸流量的增加而降低。在数值计算中,通过前缘处近壁面熵分布等值线最小值连线证实了油流实验中测得的角度θ客观上反映了前缘扰动区的作用范围。

高亚声速吸附式叶栅气动特性实验研究

以高亚声速叶栅风洞为实验平台,建立了附面层抽吸系统,针对吸力面开槽的吸附式叶栅进行了系统的平面叶栅吹风试验。定量地分析了附面层抽吸对于叶栅气动特性的影响。试验结果表明,抽吸槽的存在恶化了叶型攻角特性,总压损失系数平均升高了70%。通过附面层抽吸可以明显地减小栅后气流尾迹,改善叶型攻角特性。与原始叶型相比,当各工况抽吸流量处于实验最佳值时,吸附式叶型总压损失系数平均降低了20.5%,叶型扩散因子在来流为设计进口马赫数0.6时平均提高了70.7%。

单柔体与多柔体动力学的高斯最小拘束原理

多柔体动力学对空间探索和宇航事业的发展起到了重要作用。单柔体动力学是多柔体动力学的基础,利用变积法推得单柔体动力学的高斯最小拘束原理,通过对单柔体动力学的高斯最小量求驻值得到微分形式的控制方程。接着在上述工作的基础上分别采用两种运动学描述方法———向量链法和向量对法建立链式多柔体系统的高斯最小拘束原理。

基于结构动力学的平板扑翼气动弹性方法研究

由于扑翼机构给定的运动与变形运动的相互耦合,扑翼的运动属于柔性多体动力学问题,使得经典的动力学理论无法适用于扑翼的气动弹性研究。针对扑翼的结构特性,研究了一种适用于扑翼的气动结构耦合计算方法。考虑惯性力、气动力和运动加速度后,利用Hamilton变分原理建立扑翼动力学控制方程,并采用Newmark数值解法进行求解。通过求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程获得精确的非定常气动特性。气动网格与结构网格之间的数据传递采用无限平板样条插值(IPS)方法。运用本文方法对做沉浮运动的矩形钢板分别进行了刚性翼和柔性翼的气动分析,计算结果均与实验结果吻合良好,验证了所发展方法的正确性。

单柔体动力学拟哈密顿原理的推导

多柔体动力学对空间探索和宇航事业的发展起着非常重要的作用,而单柔体动力学又是多柔体动力学的基础,目前,人们对航天器动力学的研究,所作的工作在数值算法上较多,真正在解析上和理论上做的工作较少。从现有的文献可以看出,不少学者采用变分原理建立柔体动力学控制方程,尤其是哈密顿原理,并且大多数都是直接综合一般力学的哈密顿原理和弹性力学的势能原理建立柔体动力学的控制方程。本文从单柔体动力学的基本方程(该方程可以由微元法得到)出发,利用变积方法推导出其拟哈密顿原理,再通过对所得的泛函求驻值条件得到单柔体动力学的控制方程,并对其作分析和讨论。

弹性载机对外挂物动力学响应的影响

在外挂物投放过程中,载机对外挂物具有气动干扰效应,产生附加气动力.对于弹性机翼,在外挂物分离投放时,相当于给机翼一个初始扰动,机翼将发生弹性振动,该振动也会对外挂物带来气动干扰效应.通过耦合求解非定常N-S方程刚体六自由度方程和基于模态法的结构动力学方程,对考虑弹性变形的载机外挂物分离投放过程进行模拟,研究了弹性机翼对外挂物的气动干扰效应.研究结果表明:在外挂物分离初期,弹性机翼的干扰对外挂物气动力响应产生显著影响,机翼的主要结构模态频率决定了外挂物气动力的变化频率,并且由载机机翼动弹性变形引起的干扰气动力能占到外挂物总气动力的一半左右.

用微元法建立单刚体动力学的虚加速度原理和虚力原理

本文首先从刚体动力学方程出发,利用变积法推得其虚加速度原理和虚力原理,然后用微元法思想由质点系动力学的虚加速度原理、虚力原理推得刚体动力学的虚加速度原理与虚力原理,并对两种方法本身进行了比较。由于本文的推导方法是从连续介质力学的观点进行的,故这种方法对进一步建立单柔体、多柔体动力学的虚加速度原理和虚力原理具有重要应用价值,进而对现在热点之一的柔性飞行器动力学的研究有潜在的意义。

风洞实验中翼型大迎角气动力分散性的机理分析

基于κ-ω的SST两方程湍流模型,求解雷诺平均N-S方程获得定常和非定常气动力,耦合翼型弹性振动方程,在时间域内模拟了不同的翼型非定常流动,重点研究了大迎角下的分离流问题,研究结果表明:在百万雷诺数条件下,由于振动引起分离涡的不规律脱落,可能导致气动力平均值的变化;而厚度大于20%的翼型在一定大迎角范围内,会出现分离涡流场平衡态的转化,从流体力学稳定性的角度,解释了风洞实验中大迎角气动力数据的分散性,为大迎角气动力风洞实验的重复性和数据分散性给出了一种新解释.

旋转机翼飞机旋翼飞行动力学模型及配平

论述和建立了旋转机翼飞机在旋翼飞行模式下,低速前飞时飞机的飞行动力学模型。根据飞行特点,建立了低速前飞情形下的简化飞行动力学模型。针对旋转机翼飞机的旋翼特点,在建立模型时,考虑了旋翼旋转引起的下洗流对机体的影响;研究了旋转机翼飞机在低速前飞时的配平,提出了一种简化的计算方法,并以某样机为例,建立模型并配平,验证了模型的正确性;最后,研究了重心位置对前飞时纵向操纵和俯仰姿态的影响。

动力学模态分解及其在流体力学中的应用

随着计算流体力学和先进流动测试技术的发展,流动的刻画越来越精细,伴随而来的海量流场信息的模态提取与复杂动力学特征的模型化成为当前流体力学的研究热点。动力学模态分解(Dynamic Mode Decomposition,DMD)作为一个全新的时空耦合型动力学建模方法,得到迅速推广。DMD是一种数据驱动的非定常流场模态分析手段,可以准确捕捉各个流动模态的频率及增长特性,并建立流场演化的动力学降阶模型,以重构或预测流场动力学过程。本文针对DMD在流体力学研究的应用问题,重点综述了DMD算法自提出以来的一系列改进以及对不同流动现象的应用,并通过典型测试算例说明DMD的应用过程。在此基础上,讨论了DMD的研究现状及未来发展方向。

一种基于CFD的叶轮机非定常气动力组合建模方法

为了获得一个准确高效的非定常空气动力学模型并将其应用于叶轮机叶片颤振特性分析中去,论文发展了一种基于CFD方法的叶轮机非定常气动力组合建模方法,可以快速计算叶轮机叶片在等相角差振动时的气动阻尼系数。运用小扰动流场的叠加原理,通过不同通道数模型的非定常流场求解(通常需要两次或三次),针对流场的周期性边界条件,组合分析得到一系列更多通道数情况下的非定常气动力低阶模型。基于这种降阶模型计算的气动阻尼系数与直接的CFD方法计算结果吻合很好,计算效率提高10倍以上。

涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制效果影响的实验研究

采用风洞实验的方法开展了涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制效果影响的研究。通过对比在干净翼和安装涡流发生器情形下的气动力,重点讨论了涡流发生器布局方式对翼型失速流动控制的影响。结果表明:第一类和第二类布局方式都能够有效抑制翼型失速,提高最大升力系数,其失速特性得到极大改善;第二类布局方式对失速的控制效果略优于第一类,同时涡流发生器方向角越小控制效果越好;第三类布局方式对失速流动控制几乎没有效果,最大升力有所下降,同时伴随阻力的大幅增加。

低背鳍对细长平板三角翼大迎角空气动力的影响

对细长体平板三角翼和加上两个不同高度背鳍后的组合体在低速风洞进行了六分量天平测力实验，三角翼后掠角82．5°，背鳍当地高度与模型当地半展长比值分别为0．3和0．6，实验迎角范围12°～32°，包括1．66×10^6和2．33×10^6两个雷诺数。实验结果表明：0°侧滑角下，在翼面上发生旋涡破裂前，单独细长平板三角翼的横向力及横向力矩在实验迎角范围内始终为零；加上两个不同高度的低背鳍后，在一定的迎角下，三角翼的横向力及横向力矩开始不为零，流场定常；在更大的迎角下，流场变得非定常。实验结果初步验证了前人关于细长锥体分离涡的稳定性理论，并给出了旋涡失稳后，随着迎角的增大，流场进一步发展的状态。

NPU-WA系列风力机翼型设计与风洞实验

针对兆瓦级大型风力机,研究发展了以具有更优良高雷诺数和高升力气动性能为特点的NPU-WA翼型族,风洞实验表明,该翼型族达到了在高雷诺数、高升力条件下实现高升阻比和外侧翼型对粗糙度不敏感的主要设计要求,为我国自主研发大型风力机提供了可以实际使用的翼型几何数据和雷诺数范围内1.0×106～5.0×106的风洞实验数据。

翼型风洞实验侧壁附面层控制技术研究

文中介绍了NF-3风洞二元实验段侧壁边界层吹除控制系统及实验方法,以GAW-1翼型为例,给出了不同吹气系数对风洞边界层的控制效果,研究了附面层吹除法对单段翼型和多段翼型实验结果的影响规律。结果表明,该控制系统能有效地改善翼型表面的流动特性。