机翼跨音速颤振特性的频域分析

从气动力影响系数矩阵的物理意义出发,推导出以气动力时域计算为基础的跨音速气动力影响系数矩阵的计算公式.通过求解非定常Euler方程,获得机翼简谐振动下的跨音速气动力时间历程,应用最小二乘法对模态气动力系数的时间历程进行曲线拟合,得到跨音速气动力影响系数矩阵,进而在频域内进行机翼的跨音速颤振特性分析.采用该方法计算了AGRAD 445.6机翼随马赫数变化的颤振边界,所得结果与文献的实验结果吻合良好,验证了该方法的可行性和准确性.     

桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动测力法

随着桥梁跨度的不断增加,桥面风致振动所引起的气动力非定常效应和非线性效应较为显著,钝体断面的自激力高次谐波分量不可忽略.为研究非线性自激力特性,课题组开发了一套高精度测力天平.利用此天平首先采用Scanlan线性自激力模型测得桥梁断面颤振导数,并与修正最小二乘法识别结果进行对比,再用Newmark-β法反算位移,取得了很好的结果,验证了天平的可靠性.本方法因适用于非线性自激力研究,为下一步工作建立非线性自激力模型提供了很好的手段.     

侧风作用下汽车外流场气动特性分析

 针对汽车行驶中受侧风的影响问题,通过数值模拟研究了侧风作用下汽车的气动特性。利用三维软件UG 设定某实车模型参数,基于计算流体力学方法对实车模型进行数值模拟,研究侧风作用下车身外流场变化以及不同前车窗倾角对汽车气动特性的影响。结果表明,侧风中汽车外流场不对称,导致空气侧向力系数急剧增加达到0.927,空气阻力系数增加38.5%达到0.392,空气升力系数增加15.6%达到0.281;随着前车窗倾角的增大,车身底部气流在车尾的分离推迟,尾涡数量减少,车身表面正负压区域缩小,空气侧向力及空气升力系数变小,在前车窗倾角为35°时,汽车在侧风中的气动特性最优。     

可变展长机翼非定常气动特性数值研究

为探索可变展长机翼变形过程中的非定常气动特性及其机理,以ONERA M6机翼为模型,利用动网格技术对其进行了非定常气动特性研究.研究表明:在机翼连续变展长过程中,非定常气动特性曲线以滞回环的形式围绕着相应的准定常曲线;变形周期、攻角和来流马赫数对滞回环有一定影响,但与准定常气动特性相比,单纯的展长变化引起的非定常气动效应并不明显;在一定的计算条件下,非定常升力系数偏离其相应的准定常升力系数的最大值不足2%;可变展长机翼非定常气动特性产生的主要原因在于流场结构迟滞.同时,由于流场结构迟滞效应比较微弱,可变展长机翼的非定常气动特性不显著.      

风力机翼型非定常气动力分析(英文)

基于状态空间描述的Beddoes-Leishman动态失速模型,对风力机翼型进行非定常气动力分析.考虑到风力机翼型工作时的实际情况,在模型中忽略了可压缩性效应和起始于翼型前缘的流动分离.模型考虑了气流的近尾流效应和在失速区域的后缘分离效应.模型用4个气动状态来描述非定常气动力系数动力学,其中两个用于描述近尾流效应中的时间迟滞,另两个用于描述后缘分离效应.采用模型对做简谐变桨运动的FFA-W3-241风力机专用翼型进行了非定常气动力分析.数值计算结果与实验值吻合良好,说明模型能较好地描述风力机翼型的非定常气动特性.将动态失速数值计算模块与已有的风力机气动与结构分析软件集成,利用软件对一台1.5MW变速变桨距风力机的发电工况进行了仿真.仿真结果表明,翼型的非定常气动特性对动态载荷计算结果影响很大,因此在风力机的设计过程中应该予以充分考虑.     

基于神经网络的跨音速非定常气动力的辨识

利用递归神经网络(RNN)模型具有时间记忆性,且会考虑之前的输入输出对当前输出影响的特点,以递归神经网络方法建立了NACA0012翼型在跨音速阶段的非定常气动力模型;利用CFD计算NACA0012翼型绕其刚心作变频俯仰运动的跨音速气动力系数为训练数据,建立跨音速非定常气动力模型。以建立的跨音速非定常气动力模型预测NACA0012翼型作俯仰简谐振动的气动力系数,并与CFD计算的气动力系数进行对比。结果表明,该模型具备优良的逼近非线性非定常气动力的能力;针对跨音速二维翼型,该模型相比CFD可以更快速地构建,并能迅速且较为准确地预测不同频率下作简谐振动时的气动力。     

类车体流固耦合现象实验及数值分析

以改进的类车体模型为对象,将流固耦合效应引入风洞实验和数值仿真中.基于车身位移测量数据,验证数值方法有效性.通过实验与仿真的方法,揭示了在引入流固耦合机制后车体所受气动力及力矩的变化规律及内在机理.研究表明:在车体设计中有必要考虑流固耦合效应.     

新型无摆动双机驱动振动机自同步理论

研究了一种新型无摆动双机驱动振动机的自同步运动条件和自同步运动稳定性条件.该振动机由内、外两个质体组成,两偏心转子的旋转中心与内质体质心在同一条竖直轴上,偏心转子的惯性力对该轴的力矩为零,从而消除了该振动机的摆动.利用拉格朗日方程建立了振动机的运动微分方程,并利用平均小参数法得到了偏心转子的无量纲耦合方程;由偏心转子耦合方程零解存在条件得到了振动机实现自同步运动条件,并根据Routh-Hurwitz判据得到振动机同步运行的稳定性条件.数值仿真验证了上述理论的正确性.     

轴系扭振条件下叶栅振荡流场研究和非定常气动力的确定

随着汽轮发电机组的大型化,轴系扭振问题愈益突出,由此而产生的振荡流场及流体与叶栅的交互作用是导致轴系失稳乃至发生断轴等重大事故的可能原因。该文研究了轴系扭振与流体激振的关系,采用参数多项式方法,导出了全三元可压缩无粘流动振幅方程及其积分方程,计算了某大型汽轮机末级叶栅的振荡流场和非定常气动力。结果表明,非定常气动力做功的大小与振幅有关,而气动力做功的正负与频域有关,给出了非定常气动力是否导致轴系失稳的判据,为大型汽轮发电机组气动安全性的分析判断提供了有用的手段。     

基于非定常流场的离心风机气动噪声分析

提出了一种不直接求解声场却能为离心风机降噪提供有用信息的分析方法.首先,利用有限容积法对风机内部的非定常流场进行计算.然后,采用时域和频域分析方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析.最后,根据声学基本理论,判定风机内部主要气动噪声源的位置及噪声类型.应用该方法对某离心风机进行了计算,并将分析计算结果与该风机的噪声测量结果进行了对比,证明该方法能够有效地判断气动噪声源的位置和噪声类型.     

不同时间尺度等离子体气动激励特性的测试诊断

为了揭示ns脉冲等离子体气动激励与流场附面层耦合作用机制,提高等离子体气动激励控制附面层的能力,对不同时间尺度的等离子体气动激励的放电特性和体积力等进行了测试诊断。实验结果表明:ms、μs、ns脉冲放电的放电电压相差不大,但ns脉冲的最大放电电流明显高于ms和μs脉冲,最高可达到4 A;激励电压越大,等离子体气动激励诱导体积力越大;ms、μs脉冲等离子体气动激励诱导体积力水平方向分量较大,ns脉冲水平方向体积力近似为零;ns脉冲垂直方向体积力不为零,与ms和μs脉冲相差较小。     

翼型颤振分析的时域方法

使用全耦合法预测了翼型NLR7301的颤振边界.在流体域的动网格上,通过求解非定常的雷诺平均N-S方程,计算出翼型表面的非定常气动力.在耦合了翼型的结构动力学方程后,得到翼型表面的变形位移,通过变形网格技术对流体域的网格进行更新.在此基础上利用时间推进的方法模拟了翼型的自激振动过程.     

螺旋桨滑流对机翼气动特性影响数值模拟方法研究

主要工作是螺旋桨滑流对机翼气动特性影响的非定常流体力学计算方法研究。几何模型借鉴国外某太阳能无人机,建立单螺旋桨计算模型,采用两叶螺旋桨。用ICEM网格软件生成具有两个计算域的高质量非结构数值计算网格,应用多参考系和滑移网格边界条件,对模型在低速情况下进行数值模拟。分析螺旋桨滑流的发展和机翼在滑流作用下的非定常气动特性,对比分析螺旋桨不同转速下滑流对机翼影响大小,计算结果表明本文采用的数值模拟方法能有效地应用于机翼在螺旋桨滑流作用下的流场求解,可以为工程应用提供重要的参考。     

亚音速非共面机—尾翼组合体的非定常气动力计算法

本文以非定常涡环速度势函数为基本解,应用时间历程方法,计算非共面机一尾翼组合体的非定常气动力性能.这为飞行器的设计及其非定常气动特性分析提供了一种有效和完善的计算方法.本文介绍的方法,特别适用于研究、分析各类飞行器非定常动态响应过程的数值计算.本文作者将在后续文章中,进一步介绍本计算法在飞机对大气紊流(离散突风和连续紊流)非定常动态响应研究中的应用情况.     

高速运行动车组对防电板的气动作用及稳定性影响

基于三维、非定常N-S方程和k-ε双方程湍流模型,应用FLUENT软件对动车组以250 km/h速度运行时防电板的气动力进行数值计算,并通过ANSYS软件对防电板在气动力作用下的稳定性进行分析.实验结果表明:动车组高速运行所产生的气流对防电板的作用力主要是气动升力;当防电板高度相同时,流线型较差的CRH1动车组对防电板气动作用较大,如当防电板高度为7.5 m,CRH1和CRH2动车组均以250 km/h速度运行时,前种工况防电板所受升力比后者大47.8%;当车型相同时,高度为7.5 m的防电板所受气动力大于高度为7.8 m的防电板所受气动力,如CRH1动车组通过时,前者升力比后者大17.8%;气动力作用下防电板最大位移为0.068mm,稳定性较强.     

飞机对连续型大气紊流的动态响应

本文概要介绍作者近年在飞机对连续型大气紊流功率谱非定常动态响应计算方面的部分研究成果.本文在国内外首次将非定常升力面气动技术引入飞机对紊流谱的响应计算中,并建立了飞机响应谱及其统计特性的数值计算方法.计算表明,计入非定常气动力效应是十分必要的.利用本文叙述的方法,对两架假想样机进行了应用性考核计算,给出了考核意见.本文叙述的方法,可作为飞机抗紊流特性设计、分析或考核工具,用于飞机的设计实践.     

等离子体气动激励改善低速叶栅性能数值仿真

针对低速条件下等离子体气动激励抑制压气机叶栅吸力面流动分离进行研究.将表面介质阻挡放电等离子体气动激励对流场的作用等效为体积力和热的作用,并考虑等离子体温升对流体热物理性质的影响,建立了等离子体气动激励的数学模型.通过求解电势和电荷方程得到等离子体气动激励诱导的体积力和热功率密度分布函数,通过实验数据拟合得到物性参数函数,分别作为方程源项和系数加入到Navier-Stokes方程中求解.应用模型研究了等离子体激励在不同来流速度、攻角和激励强度下对压气机叶栅性能的影响.数值仿真结果表明:在马赫数为0.05、攻角为2°的情况下,施加等离子体激励后,分离点由65.09％弦长处后移到79.4％弦长,气流转折角增加0.8°,最大总压损失系数减小了7.4％,尾迹宽度减小了12％.来流速度增大激励效果会减弱,来流攻角的改变对激励效果有影响,激励强度增大对流动分离的抑制效果有明显改善.     

Unsteady cooperative flow type in the axial compressor

For increasing the performance of the axial compressor, a method for realizing unsteady cooperative flow type is proposed in this paper as a critical objective in the new generation of the axial compressor design system. Unsteady excitations were utilized to trigger the transformation from the unsteady natural flow pattern into the unsteady cooperative flow pattern, resulting in increment of aerodynamic performances of axial compressor. Numerical simulations show that distinct positive effect can be obtained for the 2D cascade in a wide range of subsonic working conditions. No positive effect can be observed under the 2D supersonic working conditions and unsteady excitations have little influence on the flow field space-time structure. However, positive effect can be obtained under the 3D trans-sonic working conditions. In addition, engineering applications of unsteady cooperative flow type are discussed.     

基于CFD技术的轿车外流场数值模拟及优化

利用CATIA软件建立爱丽舍轿车车身的三维模型,在ANSYSWorkbench软件中建立其有限元模型。导入fluent软件中,采用Realizable志_￡湍流模型,对轿车车身外流场进行数值模拟,得出其风阻系数和升力系数,并根据数值模拟的结果对该款车的外部流场的空气动力学特性进行分析。在此基础上对该车车身外形进行优化设计,减小了风阻系数和升力系数,同时也减弱了轿车尾部的涡流运动,获得较好的空气动力学特性。     

移动带和切向吹气对气动力的影响

使用数值计算和风洞试验的方法获得某三厢轿车的气动力,并采用现有的修正方法对气动力结果进行修正.对比了气动力的计算值和试验值,结果表明所采用的数值计算方法所获得的气动力值与试验值一致性较好.通过对移动带形式和切向吹气角度的研究发现:移动带形式对气动力影响不大,气动力系数差值约在0.002左右;切向吹气角度也同样不对气动力造成较大影响.