潜艇水平稳定翼与舵组合体流体动力系数的回归分析

本文根据组合体模型小系列试验所得的数据,运用多元线性回归分析方法,导出了可用于设计的潜艇水平翼与舵组合体的流体动力系数的计算公式.     

船舵的数值计算

本文用有限基本解方法计算船舵的流体动力系数。根据线化、定常、不可压位势流理论,将绕舵的流动分解为对称厚度问题与舵角效应的升力面问题进行追加,即将舵划分单元,布置基本解,求出舵面速度、压力分布及流体动力特征量。其结果与有关资料计算值及试验值进行比较,表明是可靠的。此方法可用于数值计算实验。     

船用襟翼舵流体动力系数的计算

本文将用小展弦比非线性升力面模拟船用襟翼舵,计算了襟翼舵的表面压力和流体动力;用数值试验法探讨了主舵舵角、襟翼偏角、全舵与襟翼面积比、主舵与襟翼之间缝隙的大小以及展弦比等因素对舵流体动力系数的影响;给出了可用于襟翼舵性能分析和初步设计的图谱.     

弧形翼-身组合体绕流流场数值模拟及实验研究

为了研究标准技术协作计划(TTCP)弧形翼-身组合体的空气动力学特性,对其在超声速下的三维绕流流场进行了数值模拟.应用雷诺应力湍流模型和平流迎风劈裂法离散格式,对弧形翼-身组合体在Ma∈[2.0,5.5]范围内的超声速绕流流场结构进行了分析.计算分析了弧形翼-身组合体的各气动力系数随马赫数、攻角的变化规律.阐述了弧形翼在零攻角状态下产生自诱导滚转力矩的机理.利用超声速风洞进行了标准TTCP弧形翼-身组合体在Ma=3.0条件下的吹风实验.实验结果与数值模拟结果的计算误差小于10％,验证了所采用数值模拟方法的可信度.     

舵的形状参数对舵性能的影响

本文用正交试验法研究了舵展弦比、前缘后掠角、梢根比和翼剖面对舵性能的影响;对试验结果进行了多元非线性回归计算和方差分析;求得了适用于工程计算的经验公式.计算结果表明:回归值与试验结果比较接近.     

抗空化扭曲舵的设计及其水动力性能分析

摘要： 通过面元法计算螺旋桨尾流场,根据螺旋桨尾流场对扭曲舵各剖面的几何攻角进行设计,提出了抗空化扭曲舵的设计方法;采用计算流体动力学方法评价舵的水动力性能,并经过拖曳水池的舵力测量试验加以验证.结果表明,在不同的航速和舵角条件下,与普通舵相比,扭曲舵的负压力系数峰值明显较小,从而大幅提高了舵的抗空化性能,降低了舵的空化剥蚀和由舵产生空泡所引起的振动噪声.由于扭曲舵与螺旋桨的尾流匹配良好,在舵角为0°时,扭曲舵叶背的压力系数分布与叶面的压力系数分布基本重合,因而显著减小了直航时舵上的横向力和舵轴力矩,有利于舵和舵机的受力.     

襟翼舵的敞水及桨后水动力性能研究

采用面元法对螺旋桨与襟翼舵相互干扰水动力性能进行计算,两者之间的相互干扰采用迭代处理.计算了敞水中襟翼舵与普通舵的法向力系数,并与试验值进行了比较.敞水计算结果显示,与普通舵相比,襟翼舵的法向力系数有了较大的提高,同时襟翼舵的转舵比对于襟翼舵水动力性能的影响比较大.在敞水襟翼舵的基础上,计算了螺旋桨与襟翼舵相互干扰的水动力性能.与敞水襟翼舵相比,桨后襟翼舵在相同舵角的情况下,法向力系数增大,但增加的幅度不同.还计算了襟翼舵在转舵比为1/4、进速系数为0.5时襟翼舵某剖面在敞水及桨后的表面压力系数分布情况.     

DLR-F6翼身组合体跨音速流场

针对跨音速运输机经典算例DLR-F6翼身组合体模型,采用CFD方法对其气动特性进行了粘性流动数值模拟,流动模型为雷诺平均NS(RANS)方程。首先采用“超立方体”概念生成绕DLR-F6翼身组合体的高质量多块结构拼接网格,研究网格拓扑结构对气动特性的影响,在此基础上通过网格细分和粗分考查了网格密度对计算结果的影响,最后进行了湍流模型的影响研究。通过与实验数据对比分析,得出了适宜DLR-F6翼身组合体跨音速粘性流动的计算网格,并总结出了能较好模拟其跨音速流场特性的湍流模型。结果表明：网格拓扑结构的合理设计会对计算结果产生一定的影响;网格密度对机翼表面压力分布没有明显影响,但对阻力系数影响显著;湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对翼根处的分离也有一定的影响;SST 模型计算的气动力系数比SA模型接近实验值。     

三维拍动翼推进效率的计算方法

针对国内外学者对拍动翼的研究多集中在水动力性能分析与流场模拟方面,而对其推进效率的计算方法尚无科学严谨论述的现状,提出一种计算拍动翼推进效率的方法.采用基于速度势的面元法计算了三维拍动翼的平均推力系数,通过与Fluent数值模拟计算值及相关实验结果的对比,证明了面元法程序在计算中的有效性.在此基础上,结合理论力学和分析力学的基本理论,推导拍动翼推进效率的计算公式,应用面元法实现其推进效率的数值计算.推进效率计算值与实验结果的比较表明,所提出方法适用于三维拍动翼推进效率的计算.并分析了转动幅度和频率对平均推力系数和推进效率的影响.     

折叠式主弹翼气动特性研究

针对制导航弹的气动设计要求,设计了一种前后折叠式弹翼.并使用数值计算和工程计算方法研究前后折叠式弹翼、钻石背弹翼以及后折前张式弹翼的气动特性.计算结果表明:前后折叠式弹翼与钻石背弹翼升力系数在攻角较小时接近,在攻角较大时,前后折叠式翼的升力系数大于钻石背弹翼;前后折叠式弹翼的升阻比最大;后折前张式弹翼的外形滚转阻尼力矩系数最小;钻石背弹翼的外形滚转阻尼力矩系数最大.     

DLR—F6翼身组合体跨音速流场CFD应用计算研究

针对跨音速运输机经典算例DLR—F6翼身组合体模型,采用CFD方法对其气动特性进行了黏性流动数值模拟,流动模型为雷诺平均N-S(RANS)方程。首先采用"超立方体"概念生成绕DLR—F6翼身组合体的高质量多块结构拼接网格,研究网格拓扑结构对气动特性的影响。在此基础上通过网格细分和粗分考查了网格密度对计算结果的影响,最后进行了湍流模型的影响研究。通过与实验数据对比分析,得出了适宜DLR—F6翼身组合体跨音速黏性流动的计算网格,并总结出了能较好模拟其跨音速流场特性的湍流模型。结果表明:网格拓扑结构的合理设计会对计算结果产生一定的影响。网格密度对机翼表面压力分布没有明显影响,但对阻力系数影响显著。湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对翼根处的分离也有一定的影响。SST模型计算的气动力系数比SA模型接近实验值。     

面向大型飞机流场模拟的网格需求探讨

鉴于网格量关系到大型飞机的数值仿真精度和时效性,对大型运输机低速气动力模拟中的网格问题进行了分析,即对某低速构型CFD(计算流体力学)计算的气动力特性的精确度与网格量及网格分布的相关性进行了简要分析.通过不同网格量下CFD计算结果与试验结果的比较表明:为了得到工程实用的气动力数据,翼身组合体干净构型低速计算需要的网格量的量级在580万及以上,翼身组合体着陆构型低速计算需要的网格量的量级在1 500万以上.     

上下翼缘同时受荷的工字形钢梁整体稳定性分析

现行钢结构规范中没有工字形钢梁在上翼缘均布荷载、下翼缘跨中集中荷载作用下整体稳定的计算方法.采用能量法推导出这两类荷载作用下双轴对称工字形钢梁的临界承载能力计算公式,总结了荷载比例系数对临界弯矩的影响规律.并采用有限元方法对该理论公式进行验证,在荷载比例小于3时,计算结果与理论公式吻合较好.在此基础上,通过计算分析提出了这类荷载作用下工字形钢梁的等效临界弯矩系数的计算公式,该公式具有较好的计算精度.     

DLR-F6翼身组合体跨声速阻力计算

采用美国航空航天学会阻力测试小组提供的多块对接网格,结合Spalart-Allmaras、Wilcox’sk-ω和Menter’s k-ω SST三种湍流模型,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程、数值模拟DLR-F6翼身组合体的流场来研究阻力计算精度,考查网格和湍流模型对翼身组合体构型气动特性的影响.结果表明:三种湍流模型得到的机翼表面压力系数分布与实验数据吻合良好,气动力随攻角的变化趋势与实验结果一致;Spalart-Allmaras模型得到了网格收敛结果,所得阻力优于其他软件的结果;网格密度对阻力有影响,对机翼表面压力系数分布无明显影响;湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对升力影响较小,对阻力(尤其是摩擦阻力)影响显著,对翼根处的流动分离有一定影响;在跨声速流动中,Menter’s k-ω SST模型的结果最接近实验数据.     

斜切(置)翼-弹身-涡轮组合体的非线性转速的分析和计算

从翼剖面理论分析着手对亚、超音速非线性平衡转速进行了机理探讨,对十字斜切翼-弹身-涡轮组合体给出了较实用而可靠的转速计算方法,并与实验值作了比较。本文可供火箭弹(丸)设计、外弹道计算以及风洞旋转试验参考。     

近距耦合式上反与下反V形尾翼气动布局特性研究

针对某无人机所采用的近距耦合式V形尾翼布局,通过求解N-S方程的数值计算方法,得到了上反与下反V形尾翼气动布局的纵向和横航向力矩值.经对比分析表明,上反V形尾翼由于受翼身组合体的遮挡,随着迎角的增加气动效率下降较快;下反V形尾翼主要受翼身组合体的下洗作用,且下洗相对较弱,随着迎角的增加其横向静稳定性减弱,但纵向和航向静稳定性保持得很好.     

基于风洞测压试验数据的舵面铰链力矩系数计算方法研究

基于风洞测压试验所获得的压强数据,采用数值积分的方法计算出了舵面铰链力矩系数。通过分析数据并将数据与CFD计算结果进行比较,证明了数据具有一定的可信度,说明该铰链力矩计算方法具有一定的工程应用价值。推导出了计算舵面铰链力矩系数的积分公式,此公式简单可靠,但只适用于铰链轴位于弦平面内的舵面,而不适用于铰链轴位于弦平面外的舵面。     

襟翼舵的试验与分析

为了探求襟翼舵的流体动力性能,以长江2600匹马力推轮展弦比A=1.22的襟翼舵为研究对象,进行了单舵风洞试验.并对襟翼舵主舵与子舵间的间隙影响、端板效应等作了初步探讨.结果表明,襟翼舵可以提高船舶操纵性能,又能减小舵机功率.本文研究了实船上齿轮传动式襟翼舵的受力情况,着重分析了子舵转动时的受力情况,给出了计算公式.同时,对三艘襟翼舵船的舵扭矩实测结果进行了分析,提出了襟翼舵有关参数的选定范围.     

上下翼缘同时受荷的HM，HW型钢梁整体稳定性分析

现行钢结构规范中没有给出HM,HW型钢梁在上翼缘承受均布荷载、下翼缘承受跨中集中荷载作用下整体稳定的计算方法.根据能量理论得到的结果,考虑屈曲前变形对弯扭屈曲影响,得出上述荷载作用下双轴对称HM,HW型钢梁的临界承载能力计算公式,总结了荷载比例系数对临界弯矩的影响规律.采用有限元方法对该理论公式进行验证,在荷载比例小于3时,有限元解与理论解相差基本在5%以内.提出了这类荷载作用下钢梁的等效临界弯矩系数的计算公式.该公式最大误差不超过8%,平均误差在3%左右.     

基于CFD的桨舵水动力干扰研究

为了观察舵对桨叶表面压力分布以及桨后尾流场的影响,以B4-55桨和展弦比为1.0的NACA0020的流线型舵为算例,采用计算流体力学方法分析了桨舵干扰的水动力特性。为了提高网格质量,计算域被分为包含螺旋桨的旋转域、包含舵的静止域以及除二者之外的静止域3部分,并采用不同的网格策略对其进行离散。离散方程用K-ω模型求解,旋转域与静止域之间的相对运动通过MRF技术模拟,并利用交界面技术实现数据传递。分析了不同进速系数下桨舵干扰的规律以及舵攻角对螺旋桨的推力、转矩的影响,研究了流场的速度以及压力分布。数值结果和试验结果的比较表明,采用的计算模型和离散方法能够得到准确的计算结果。