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。

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.

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.

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。

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。

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。

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。

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。

来流条件对叶片表面附面层影响的实验研究

本文突破传统的附面层总压测量方法,采用附面层总压探针实现测量平面叶栅叶片表面真实的附面层内总压,实验过程中改变来流马赫数测量叶片吸力面及压力面附面层内总压,并通过相关计算获得附面层厚度的一系列参数。实验目的在于研究来流条件对平面叶栅叶片表面附面层的影响。实验结果表明:与来流马赫数相比来流攻角对附面层厚度影响较大,不同攻角下叶片吸力面、压力面的附面层位移厚度、动量厚度等参数呈现出一定的变化规律;马赫数的变化对附面层厚度的影响幅度较小,从整体来看随着马赫数的增加附面层厚度略有下降。

边条翼布局双垂尾抖振表面脉动压力风洞实验研究

对边条翼布局双垂尾发生抖振时的表面脉动压力进行了风洞实验研究。实验在西北工业大学NF-3风洞进行。实验迎角范围：10°-40°，风速：50m／s。实验测量了垂尾内外侧表面各9处的脉动压力，并将脉动压力沿表面积分近似得到垂尾的根部弯矩响应。实验同时测量了垂尾根部应变、翼尖前缘及后缘的加速度响应。实验结果表明，通过不同测量方法得出的垂尾抖振响应规律一致，得到的垂尾抖振起始迎角相同，这表明垂尾的抖振响应是由边条涡破裂流作用在垂尾表面的脉动载荷引起的；随迎角增大，边条涡破裂流的能量不断增加，且越来越集中于低频范围，但当迎角过大时，边条涡的破裂点远离垂尾，破裂涡的能量耗散很大，从而作用在垂尾表面的脉动载荷减弱。

无叶扩压器对离心压缩机流场及性能影响的数值研究

采用自编的CFD程序数值研究了无叶扩压器对离心压缩机流场及气动性能的影响。采用当地时间步长、多重网格以及隐式参差光顺等技术来加速收敛,以质量流量来代替出口静压的出口边界条件,使出口静压在计算过程中与给定的流量工况自动匹配,大大节省了计算时间。对Krain叶轮后带等面积与直壁两种形式的无叶扩压器离心压缩机内部流场进行了计算与分析,结果表明:直壁型无叶扩压器离心压缩机的效率低于等面积无叶扩压器离心压缩机的效率;直壁型无叶扩压器使得叶轮出口的流动出现分离;扩压器的形式对离心叶轮的整体气动性能影响并不大;在进行离心叶轮数值研究时,叶轮后的延伸区最好采用等面积无叶扩压器,以尽量减小无叶扩压器所引起的计算误差。

基于非定常气动力辨识技术的气动弹性数值模拟

选择离散型输入输出差分模型，运用最小二乘方法进行非定常气动力建模，并将辨识得到的降阶模型用于气动弹性的数值模拟。1个马赫数下的颤振临界点的计算仅需调用一次非定常流场求解器。计算精度保持与非定常欧拉方程计算方法相当的同时计算效率提高了1～2个量级。计算了跨声速具有S型颤振边界的气动弹性标准算例-Isogai wing和三维气动弹性标模算例AGARD445．6，辨识模型计算边界与非定常Euler方程计算结果吻合。证明非定常气动力辨识技术可以提供高效的高精度的气动弹性分析。

压力敏感涂料测量系统及涂料校准实验

压力敏感涂料测量技术以其测压范围广、对流动干扰小等优点应用广泛。以叶轮机械内部流场测量为目的,以国产涂料为对象,在国内首次自主构建了压力敏感涂料测量系统,并对涂料进行了校准实验尝试,检验了测量系统的性能,基本摸清了涂料压敏特性和使用寿命,为进一步开展研究奠定了基础。

基于嵌套网格技术的风力机叶片绕流数值模拟

采用雷诺平均Navier-Stoker(以下简称N-S)方程及嵌套网格技术发展了一种新的风力机叶片绕流数值模拟计算方法。空间离散采用中心有限体积法,时间推进采用改进的隐式LU-SGS格式。为了便于实施旋转对称性边界条件以及更好地捕捉尾涡,该文采用了嵌套网格技术。应用该方法对美国国家可再生能源实验室设计的CER实验风力机叶片进行了数值模拟,较精确地捕捉了尾涡。压力分布计算结果与实验值和参考文献值吻合较好,验证了计算方法的正确性。

基于CFD的气动力建模及其在气动弹性中的应用

CFD技术为带有气动力非线性的气动弹性分析提供了一种研究途径,但是基于CFD的气动弹性直接数值模拟方法的计算量很大,不便开展定性分析和参数设计.基于CFD的非定常气动力模型的降阶技术为缓解计算效率与计算精度之间的矛盾以及系统的复杂性与易分析、易设计性之间的矛盾提供了行之有效的技术途径.综述了近年来发展的两类基于CFD技术的非定常气动力降阶技术和一种非线性气动力的谐波平衡方法,以及这些方法在非线性气动弹性研究中的运用.对比了各种方法的优越性并作了进一步的展望.

基于气动力降阶模型的跨音速气动弹性稳定性分析

基于离散型输入输出差分模型，运用非定常CFD方法训练信号，然后运用最小二乘方法进行参数辨识，得到降阶的非定常气动力模型，再将该离散差分模型转换为连续时间域内的状态方程。耦合气动状态方程和结构状态方程．得到耦合系统的气动弹性状态方程。求解不同动压下状态矩阵的特征值，根据根轨迹图分析系统的稳定性特性。分析结果与直接耦合CFD／CSD方法结果相吻合，可以计算跨音速非线性气动弹性问题。其计算效率比直接耦合CFD／CSD方法提高1～2个数量级。针对Isogaiwing在跨音速出现的S型颤振边界进行了较为细致的分析，阐述了该现象是由于系统诱发颤振的分支随着速度（来流动压）的提高而发生转移所导致的。

边条翼布局双垂尾抖振特性与机理风洞实验研究

对两种平面形状的边条翼布局模型分别作了双垂尾抖振实验和涡流场激光片光源显示实验研究。抖振实验测量了两种模型双垂尾的翼根弯矩响应和翼尖加速度响应,涡流场显示实验记录了两种模型上典型位置上的涡流场发展状态。通过边条涡流场随迎角的发展和破裂特性与模型垂尾抖振响应特性的对比分析发现:(1)垂尾翼根弯矩、翼尖加速度响应随迎角的变化均与边条涡的发展状态、是否破裂以及破裂程度密切相关;(2)主翼后掠角较大的情况下,机翼前缘涡与边条涡相互干扰,不但加快了涡的破裂使得双垂尾抖振起始迎角减小,而且使得垂尾的抖振响应较大。

两种椭圆翼型高速气动特性实验研究

新概念旋转机翼飞机的主机翼既能高速旋转作为旋翼,又可锁定作为固定翼,所以只能使用特殊的前后对称翼型。针对主机翼翼型的这一特殊要求,对16%相对厚度,相对弯度分别为0%和3%的两种椭圆翼型的高速气动特性进行了风洞实验研究,试验分别在中国空气动力研究发展中心FL-21风洞和荷兰代尔夫特大学TST-27风洞进行,采用表面测压和尾排型阻测量技术。试验结果的对比分析表明,有弯度椭圆翼型的升力和力矩特性优于无弯度椭圆翼型,而阻力特性和最大升阻比劣于无弯度椭圆翼型。试验结果为旋转机翼飞机主机翼翼型的选取提供了参考。

翼型大迎角振动对气动性能影响的实验研究与初步分析

通过在NF-3低速风洞专门研制的翼型模型及相应的俯仰和沉浮振动机构,选用NACA0012翼型进行大迎角下不同频率的振动实验,研究了模型振动平均状态下对其气动力特性的影响情况,并在N-S方程基础上对振动流场进行了初步分析。实验与计算研究的结果表明:在临近定常失速迎角的大迎角条件下,翼型的振动可以引起旋涡分离,导致翼型升力减小和失速迎角的提前。就所涉及的两种振动模式而言,俯仰振动的影响大于沉浮振动,所以,模型设计和加工时要特别注意加强机翼弦向的扭转刚度。

边条翼布局主要参数对其双垂尾抖振响应影响的风洞实验研究

对边条翼布局的双垂尾抖振问题进行了较为深入的风洞实验研究。实验采用简化边条翼双垂尾半模。通过对垂尾的表面脉动压力、根部弯矩和翼尖加速度的测量,研究了边条后掠角、机翼后掠角、垂尾弦向位置及垂尾展向位置对边条翼布局的双垂尾抖振响应影响的规律。结果表明:①边条后掠角越大,双垂尾抖振起始迎角越大;②机翼后掠角对垂尾靠内时的抖振响应影响较小,而当垂尾靠外时,大后掠机翼的垂尾抖振响应相对较小;③垂尾弦向位置对垂尾抖振起始迎角影响较小,但对最大抖振响应影响较大;④垂尾的展向位置越靠外,垂尾抖振起始迎角就越小,但最大抖振响应也越小。