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.     

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。     

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.     

多段翼型绕流数值分析对比及结冰影响研究

飞机结冰是影响飞机飞行安全的重要因素之一,研究结冰对多段翼型的气动特性影响具有重要意义.应用多块结构化网格生成方法,采用两种不同的方法求解雷诺平均N-S方程分别对多段翼型绕流流场进行数值对比分析,然后选用一种较合适的方法进一步针对三种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体冰型,分析不同形状的冰型对多段翼型绕流流场及气动特性的影响.     

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。     

低雷诺数下翼型粘性绕流主动流动控制的数值模拟

通过数值求解Navier-Stokes方程模拟零质量射流对低雷诺数翼型绕流的控制作用.空间离散采用中心有限体积格式,时间推进为双时间推进方法.计算结果表明,采用零质量射流进行主动流动控制能有效抑制大攻角下大尺度的流动分离,改善翼型的气动特性 ,起到显著的增升减阻作用.     

民用飞机翼身对接典型超差强度分析

根据民用飞机翼身结构和对接形式,阐述国内民用飞机翼身对接超差产生必然性.根据典型超差情况,总结出超差的典型处置方式并对相应处置方式进行强度评估.     

高层建筑标准模型绕流数值模拟

选用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε3种高雷诺数湍流模型,对高层建筑标准模型(commonwealth advisory aeronautical research council, CAARC)在不同网格划分方案、不同风场环境及不同风向条件下的流场特征进行了模拟,并用风洞试验数据验证模拟效果,得到以下结论：建筑物边界层网格模型的细密程度会对模拟结果产生明显影响,当选用最细密的网格模型进行模拟时,RNG k-ε模型与风洞试验数据的均方根误差要比选用最稀疏的网格模型时小50%～70%,其余两种模型则大约相差40%～50%。在B类、D类两类风场环境下,RNG k-ε模型所得平均风压系数的变化区域及变化趋势基本一致,无明显差别,而其余两种模型在不同风场环境下的变化趋势及变化范围均有较大不同,差别主要表现在建筑物的侧风面和背风面上。0°风向下,RNG k-ε模型在建筑物侧风面和背风面处的平均误差要比其余两种模型小10%左右;90°风向下,RNG k-ε模型在侧风面处的平均误差比其余两种模型小大约5%。总体来说,在多种模拟条件下,RNG k-ε模型所得结果的...     

翼身组合体定常亚音速升力特性的数值研究

用有限基本解方法研制成翼身组合体升力和力矩的计算程序。以当量回转体代替机身,机翼可以有后掠、厚度及弯度。厚度问题用线源模拟,先予解决。然后求解升力问题,这时考虑了厚度的影响。此法简单且有一定的精度。本文还计算了一些实例,并与实验作了比较。对机身影响、机翼的后掠和根梢比等作了简要的讨论。     

翼-身组合体的网格生成与N-S方程数值模拟

以DPW4的CRM模型为例,给出了一种复杂外形飞行器网格生成的分块对接网格拓扑方案以及实现过程,在无限插值法生成的初始网格基础上,用椭圆微分方程生成空间网格。基于该网格求解N-S方程,获得了较为合理的全机气动力系数与压力分布。     

大型客机座舱合理排数的数值模拟

由于计算资源的限制,设计座舱的气流组织采用全舱数值模拟的方法不够科学,确定合理的座舱环境模拟排数是获得气流组织真实信息的基础.为此,用经过验证的计算流体力学（CFD）方法对单通道座舱合理排数进行了数值模拟研究,包括空舱及满员两种情况;研究的座舱排数分别为1排、3排、5排、7排及9排,模拟工况为热天巡航,数值模型采用RNG k-ε模型.研究发现,对于空舱情况,由于复杂几何及边界条件对舱内气流的影响,至少需要5排座舱才能得到较合理的计算结果,7排及7排以上的座舱排数能得到准确的计算结果;满员情况下,由于人体热羽流对舱内气流流动起主导作用,故3排及以上的座舱排数能得到准确的计算结果.基于已确定的合理座舱排数,对半满员及满员两种情况下舱内的气流组织进行了对比分析.与满员情况下舱内气流组织呈对称分布不同,半满员情况下,每一排的气流都偏向人员多的一侧.     

客机座舱新型个性座椅送风系统的数值仿真

舒适性是大型客机的关键要求之一,座舱气流组织分配设计是否合理对乘员舒适性和健康性有直接影响.但是座舱传统的混合送风方式很难达到人们对舒适和健康的要求.为此,提出了一种新型的个性座椅送风方式,主要针对乘客对热舒适性和健康性的要求.个性座椅送风方式在乘客座椅的扶手处和座椅底部分别布置了风口.采用的座舱几何模型为3排单通道满员模型,计算方法采用目前广泛应用的计算流体动力学（CFD）数值仿真模拟方法,计算模型为RNG k-ε湍流模型.通过数值模拟方法得到两种送风方式下的速度场和温度场,进而得到多个舒适度指标.研究表明,个性送风方式可以提高乘客呼吸区域的空气质量,降低乘客周围的风速,使人体周围温度控制在24～26,℃的人体舒适区域,多项舒适度指标也表明个性送风气流组织的舒适性要优于混合送风.     

民用飞机对CCAR25.305条款的符合性验证思路探讨

本文对民用飞机适航条款§25.305的要求进行了研究和解析,系统地梳理和归纳出与本条款相关的结构验证考虑,提出了建议性的符合性验证思路。     

民用飞机ICD数据的管理

ICD文件是民用飞机设计的核心内容,ICD数据的管理质量对民机的功能和性能有重要影响。基于DOORS和XML语言的管理方式,对完整、正确、清晰的搜集、校验ICD数据,进行构型管理,以及追溯记录有重要意义。     

简单扩张式消声器的CFD仿真

用CFD软件FLUENT对两种不同结构形式的简单扩张腔消声器的速度场、压力场进行三维稳态流动数值模拟,研究相应压力损失随入口流速的变化趋势.研究结果表明:内插管对消声器的流场和压力损失有较大的影响,带内插管的消声器阻力损失比未带内插管的要小,原因是内插管对气流产生导流的效果.     

病房通风CFD模拟及其方案优化

分析了双人间病房的通风情况。病房里的床帘和隔墙将病房分成若干个相对独立空间,这样的设计既可以令病人感到舒适,又便于医生治疗,但这样并不利于病房的通风。这个通风系统包括放置在门厅天花板上的,可以将空气送入房间的吸气口以及放在浴室的排气扇。假设空气是等温的稳态流动,数值模拟就是求解房间里空气的质量、动量及其在房间内平均年龄(停留时间)的方程组。通过分析病房里空气的平均年龄分布和速度场,可以了解病房里的通风情况。对原始建筑设计模型进行模拟计算,发现病房的通风方面存在着严重的不足。并针对存在的问题,在便于医疗基础上,对病房的通风设计方案进行了改进。最后给出了既可以令病人觉得舒适,成本又低的病房通风设计最佳方案。     

民用飞机研制中的定费用设计研究

据统计,飞机全寿命周期成本的85%在设计阶段已经确定,因此在设计阶段控制成本、开展定费用设计,对全机最终成本的控制有巨大作用。本文分析了定费用设计在民机研制中的意义,阐述了在民机研制过程中运用定费用设计进行成本控制的流程与方法。     

民用飞机空中应急离机系统探讨

空中应急离机系统是飞行试验中保证机组人员安全的重要措施.本文对国外一些试飞机的空中应急离机系统进行介绍,并对空中应急离机系统的组成、设计思想和应急离机程序进行探讨.     

民用飞机刹车系统适航符合性考虑

本文以某民用运输飞机的刹车系统为例,分析了当前民航运输类飞机标准CCAR25部中刹车系统主要适航条款,提出了刹车系统航条款的符合性说明方法和验证思路。     

强制循环闭式太阳能供热系统数值模拟

太阳能技术已经逐渐地应用到供热系统之中,太阳能供热系统的工作机理之一就是水循环系统的流动吸热和散热过程,如何提高该过程产生的热效率是推广太阳能供热系统应用的关键.建立了强制循环闭式太阳能供热系统的三维数值模型,然后用CFD软件对其进行分析.研究结果表明:1) 在模拟强制循环闭式太阳能供热系统中,雷诺数和光照时间对系统影响较大;2) 在雷诺数为1 500、1 000、500时,经过实际1.5 h的模拟后系统内的最高温度分别为310 k、312 k、317 k;3) 强制循环系统中水温分层分布,且系统的得热量随雷诺数的减小而增大.