中等尺寸翼型风洞侧壁干扰的数值模拟研究

采用有限体积法求解三维雷诺平均Navior-Stokes方程对中等尺寸翼型风洞侧壁的影响进行数值模拟。着重研究了不同马赫数及迎角下,使翼型中心对称面的流动状态与相同来流条件下的二维无干扰流动状态相吻合所需要的最小展弦比。结果表明,随着马赫数及迎角的增加,所需要的最小展弦比均有所增加。尤其是有激波存在时,需要比较大的展弦比,才能使激波位置与无干扰结果一致。     

翼面几何不规则性对压力分布影响的数值模拟研究

通过求解二维雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)及SST k-ω二方程湍流模型,数值模拟表面存在几何不规则的突起物或凹坑的翼型绕流。分析对比了不同位置处多种类型的突起物和凹坑在不同的高度下对翼型压力分布、激波位置的影响。对翼型测压实验中所出现的压力跳动给出了一种解释,有助于指导风洞实验,提高实验精度,并对实验数据进行合理的修正。     

风洞洞壁对风力机翼型气动特性的影响分析

本文通过风洞试验测量和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟的研究结果,分析了风洞洞壁对风力机翼型气动特性的影响.试验风洞为中国科学院工程热物理研究所(Institute of Engineering Thermophysics,IET)低速回流风洞,所选用的翼型为DU91-W2-250.数值模拟采用有洞壁、无洞壁、无侧壁三种方式进行计算,通过对比试验和数值计算结果验证了采用CFD数值模拟分析风力机翼型洞壁效应的可行性.通过数值模拟分析并与经典映像法及Maskell洞壁修正方法对比,得出:风洞中,上下壁面的存在使流动在风洞壁面形成一定厚度的边界层,造成气流的通道面积减小,来流有效速度增加,并引起翼型升力系数C_l和阻力系数C_d增加;风洞侧壁诱导翼型段表面的展向流动、抑制了翼型表面的流动分离,减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,阻力系数增加;小攻角时风洞侧壁对翼型表面流动的影响可以忽略,翼段表面流动保持二维性,大攻角时风洞侧壁干扰效应显著,其影响程度超过风洞上下壁面,与无洞壁相比,风洞壁的存在使升力系数减小,阻力系数增加;经典映像法及Maskell方法因未考虑洞壁边界层的影响,并不适用于风力机翼型大攻角流动时的洞壁效应修正问题,大攻角修正时应考虑风洞侧壁影响,对升力系数给予增量;同时对于大攻角流动,翼型本身流动已不具有二维性,其气动性能的测量应采用多截面压力测量或天平测力方法.     

多段翼型风洞侧壁边界层吹除控制实验研究

通过调研国内外相关文献资料,结合实验室建设项目:侧壁边界层控制系统研制,选取相对厚度为17%的GAW—1翼型进行了风洞侧壁边界层吹除控制下气动性能的实验研究。介绍了该系统的特点和实验方法,研究了侧壁边界层吹除控制对单段和多段翼型的二元性的影响规律。结果表明:(1)对多种吹气位置不同组合来说,以前缝关闭,中缝和后缝打开吹气为最佳吹气方式;(2)不同吹气系数对模型展向中间剖面和端部剖面的压力分布影响不同,存在对应的最佳吹气系数;(3)实验研究验证了NF—3风洞侧壁边界层吹除控制系统可以有效控制侧壁边界层的干扰,改善和提高翼型气动特性实验的准确性。     

反压对超燃冲压发动机隔离段内流场的影响

结合燃烧室工作稳定性的问题,采用FLUENT6.2软件对轴对称等截面隔离段的内流场进行了数值模拟,分析了当来流马赫数Ma=2时通过改变反压条件来研究其对不同长高比等截面隔离段激波串起始位置、结构以及性能的影响.结果表明:反压对隔离段内的激波串具有"前传"模式,促使激波串结构复杂和隔离段出口畸变度降低;隔离段长高比对反压与激波串的起始位置之间的关系有非常大的影响,当长高比不是非常大(5＜L/D＜9.667)时,激波串起始位置与反压呈线性关系,且变化快慢与长高比成正比,当长高比超过此范围后,线性关系不再成立.     

GAW-1两段翼型缝道参数优化中的雷诺数影响研究

多段翼型是飞机上最为常用的增升装置。缝道参数对多段翼型的性能有很大影响。对于多段翼型的最终构型往往是由风洞实验最终确定的。然而，由于实验雷诺数与使用雷诺数的不同，实验最佳参数未必在使用时有最佳效果。针对GAW-1两段翼型在中等雷诺数范围，用实验的方法研究了其缝道参数随雷诺数变化的规律。研究发现，在雷诺数在（1—2）×10^6范围内，缝道变化有一定的规律，即ΔGap=-0．00154cΔRe。研究结果与方法对中小型无人机增升装置的应用有一定的参考价值。     

短周期风洞叶栅端壁换热试验研究

实验对短周期风洞中无气膜孔和带气膜孔时涡轮叶片端壁的换热做了实验研究,得出了无气膜孔端壁换热系数和叶栅入口雷诺数、出口马赫数之间的变化关系,另外得出了带气膜孔端壁在不同的叶栅入口雷诺数、出口马赫数、流量比时对换热系数的影响。实验结果表明：无气膜孔端壁上的换热系数分别在不同的叶栅入口雷诺数和出口马赫数下有着明显的变化;带气膜孔端壁上换热系数随流量比和叶栅入口雷诺数的增大而增大,而在低流量比时马赫数对端壁换热系数没有明显的影响。     

考虑鲁棒性的超临界翼型激波控制鼓包减阻研究

本文主要采用CFD方法研究超临界翼型的激波控制鼓包减阻技术,分析了鼓包形状参数对减阻效果和鲁棒性的影响规律.计算结果显示,鼓包的减阻效果受位置影响较大,当鼓包最高点与干净翼型的激波位置相同时减阻效果较好,鼓包高度过高对减阻效果不利,而较长的鼓包可在更大的高度范围内实现减阻.鼓包还可以通过弱化激波,抑制附面层分离,延缓超临界翼型抖振现象的发生.计算结果显示,鼓包减阻技术整体而言工作范围较窄.但经过设计,较长且较低的鼓包可以在较大的升力范围内具有减阻效果,并且减阻效果对形状变化及雷诺数变化不敏感,还能有效提高阻力发散马赫数,鲁棒性要明显优于较短较高的鼓包,具有工程应用的潜力.     

翼型大攻角的振动对气动性能影响的初步分析

通过求解非定常Navier-Stokes方程,模拟了风洞实验中模型振动条件下的流场,以翼型振动对流场和气动力的影响为突破口,研究了模型振动对流场、尤其是大迎角流场的影响,并考虑了模型弹性轴不同位置对结果的影响。研究结果表明:在临近传统定常失速迎角的大迎角条件下,翼型的振动可以引起翼型大尺度的分离,导致翼型失速的提前发生,其提前量取决于振动的幅度、频率。风洞模型设计中的弹性轴所处的翼型弦向位置也对结果有一定影响。其研究结果对大展弦比机翼的风洞实验结果分析、模型设计有指导意义。     

跨音速变质量槽式喷管的设计研究

喷管是风洞实现高速均匀稳定气流的核心部件,变质量喷管可通过扩散段管壁的缝隙流出部分气流来实现在不同背压下得到不同的出口马赫数.基于空气动力学原理,采用三维N-S方程以及可实现k-ε湍流模型,对喷管内流场进行了数值模拟.结果表明:收缩段型线、扩散段长度及壁缝尺寸对喷管流场特性具有重要影响,合理的型线和几何尺寸可使喷管出口具有宽阔的马赫数范围、且流场均匀稳定.     

翼型阻力计算方法的数值模拟研究

翼型阻力是评定翼型气动特性的重要气动参数之一,翼型测压实验时主要用动量法测量阻力,也就是根据尾迹区某截面的动量损失来计算翼型阻力。本文首先用数值模拟方法获得翼型流场全部信息,然后分别用翼面压力、粘性力积分和尾迹动量损失积分两种方法获得阻力,并对它们的结果进行比较分析,以确定在使用尾迹积分法计算阻力系数时的最佳积分截面和尾迹排架的最佳安装位置。     

平屋顶槽式聚光器风压分布及形成机理

通过Ansys Workbench平台,建立了屋顶槽式聚光器数值模拟计算模型,对平屋顶上槽式聚光器的风压分布进行了大涡模拟。并将模拟得到的结果与风洞试验进行对比,验证了大涡模拟结果的准确性。研究了顺风向和斜风向角下槽式聚光器镜面的风压分布规律,以及屋顶槽式聚光器风荷载的形成机理,同时对不同仰角和不同女儿墙高度进行对比分析。结果表明,顺风向工况下聚光器镜面风压主要受屋顶柱状涡所控制,斜风向工况下镜面的风压主要由受聚光器周围的局部旋涡所造成；聚光器镜面的风压系数随仰角的增大而减小；屋顶女儿墙高度的增加会一定程度上减小槽式聚光器镜面的风压系数,顺风向下受女儿墙高度变化比斜风向情况下更明显。所得结论可以为平屋顶槽式聚光器的结构抗风研究提供理论依据。     

镂空围屏对建筑物表面风压的影响

在建筑物的玻璃幕墙外安装镂空材料制成的围屏, 会对其表面风压分布产生影响。风洞试验结果表明, 镂空围屏的存在并不改变玻璃幕墙压力分布的基本形态, 但压力值的大小会发生变化。相对而言, 由于围屏改变了分离点位置, 靠近围屏边缘部分的区域受到的影响更大。在55%的透气率的情况下, 安装围屏后, 幕墙表面的平均压力在迎风和发生流动分离时会降低10% 左右, 而当围屏处于背风区时, 背压值反而略有增加。各种条件下, 脉动压力都会因为围屏减弱了来流的脉动能量作用而降低10% 左右。因此, 总的来看安装镂空围屏将使玻璃幕墙偏于安全。     

风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响

静压系数和静压梯度是评估汽车风洞试验段流场品质的重要参数.以数值仿真为主,风洞试验为辅的方法研究了风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响.通过研究发现,使用包含2个拐角的计算模型进行静压系数和静压梯度仿真,可以得到真实的结果.无论是大喷口还是小喷口,收集口高度为270mm时,对应试验段静压系数和静压梯度最平缓,试验段可用长度最长,对试验测量影响最小.对于大喷口,随着收集口高度降低,收集口处静压系数和静压梯度不断下降;当收集口高度为240mm时,靠近收集口处的静压系数和静压梯度变为负值.对于小喷口,收集口面积远大于喷口面积,气流到达收集口的速度有所减少,当地静压系数和静压梯度均为正值.     

翼型试验阻力测量方法的数值计算研究

分析提出翼型风洞试验时通过翼型尾迹流场信息积分计算阻力的新计算方法,利用数值模拟方法计算多段翼型的流场信息,并以此为基础对传统的尾迹积分计算翼型阻力方法和提出的新方法进行数值比较分析以研究新方法的可行性和准确度.结果表明,在高升力构型(如多段翼型)试验时,相比传统的方法,新提出的方法能得到更准确的阻力值.     

汽车后视镜流场的试验与数值研究

为了解后视镜的流场特性,以风洞试验与数值计算为手段,对后视镜的压力场与速度场进行测量和计算,并将测量结果与数值计算结果进行比较,评估两者的异同.数值计算结果与风洞试验结果的平均静压与速度、脉动速度的标准差以及自功率谱密度的一致性表明,所使用的数值计算方法具有可行性,能够较为真实地反映出后视镜的流场特性,数值计算结果与风洞试验结果能够相互验证.试验段近地面的平均静压变化反映出后视镜尾部的流动状态,能量耗散最为强烈的地方出现在远离后视镜约1.0倍后视镜直径的区域,回流区域影响范围可达3.0倍后视镜直径.后视镜尾部带有强烈的脉动速度,剪切层侧的速度脉动比其他区域大,个别测点脉动速度标准差数值可达来流速度的0.3倍,它们的主要能量集中在中低频区域.     

跨声速风洞翼型动态失速实验系统研制

为满足旋翼设计的需要,研制了增压连续式跨声速风洞二元试验段翼型动态失速实验系统。开发了相应的测控系统,设计并安装了机械驱动机构,建立了数据采集及其后处理系统。动态试验测控系统的测量部分与控制部分相互独立,且与风洞主控系统、安全联锁系统等互不影响,可单独工作,安全性高,抗干扰性能好。机械系统设计合理,运动轨迹精确,该机构以平均迎角0°振幅10°,振荡频率2Hz运行时,最大迎角误差为±0.809°,平均迎角误差为0.255°,振幅均方根误差为0.325°,满足翼型动态失速实验的要求。数据采集采用多路并行A/D,其同步性能好,避免相差。在风洞实验系统联调中使用了NACA0012翼型模型,通过在翼型表面安装动态压力传感器,测量Ma=0.3,平均迎角为10°, 振幅为5°,减缩频率分别为0.05,0.03和0.01下,翼型表面脉动压力。其结果表明,实验系统在大动压,不同频率下,运行稳定,数据合理可靠,实现了设计要求。     

不同风场开敞和封闭的鞍型屋盖平均风压特性

在TJ-2大气边界层风洞中,利用同步测量技术对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖在B类和D类风场条件下进行了刚性模型风洞测压试验.根据风洞试验结果,分析了两类风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的体型系数的分布规律及相互关系,并通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面体型系数的对比分析,考察了底部开敞对鞍型屋盖风压分布特性的影响规律.     

双缝襟翼缝道参数气动影响敏感度研究与设计

针对后缘双缝襟翼,采取先后缝再前缝的缝道参数设计方法,通过数值计算分析和风洞试验验证研究了襟翼偏角、缝道宽度、重叠量对增升效率的影响规律。采用点对点链接多块结构网格技术,通过求解RANS方程对缝道流场进行数值计算,结果表明:后缝道宽度对升力系数、阻力系数影响较缝道重叠量大,为更敏感参数;前缝道重叠量对升力系数、阻力系数影响较缝道宽度大,属更敏感参数。结合上述设计方法与数值计算工具,高效、准确地确定了较优的二维襟翼剖面参数,且襟翼效率计算结果与风洞试验结果吻合较佳,可为同类飞机增升装置设计提供参考和借鉴。