前掠翼与后掠翼布局流动机理的数值研究

采用三维N-S控制方程和标准k-ε模型,计算了前掠翼和后掠翼模型的气动特性,比较了各自的优势和不足,并通过流场显示分析了其流动机理。研究结果表明:小迎角下后掠翼的升力系数较高,大迎角下前掠翼的失速性能较好,其根源是展向速度的方向相反。后掠翼过早的翼尖失速是导致失速迎角较小的原因。而前掠翼之所以具有良好的大迎角性能,是由于其机翼根侧缘涡和翼尖前缘涡相互作用,对机翼产生上吸力,带来涡升力并且增强了对机翼表面流动的控制能力。前掠翼的流动机理可为先进飞机布局的设计提供理论依据。     

变后掠飞机受控动态响应的数值模拟

变后掠飞机在变后掠过程中国气动外形的改变产生了飞机的固有变掠响应.在有驾驶员的操纵反应或自动驾驶仪的闭环控制时,飞机的受控变掠响应及相应控制规律的选择是值得研究的问题.本文给出了完整的变后掠飞机受控响应的数值模拟方法及算例.     

基于曲面重构的飞机三维结冰数值模拟计算

在飞机结冰数值模拟中,采用多时间步长法可以准确模拟实际结冰情况。首先给出了三维结冰数值模拟方法,通过求解N-S方程计算空气流场、采用欧拉法计算水滴轨迹、求解质量和能量守恒方程计算结冰增长。对结冰后的结果数据进行重组,建立新的拓扑关系,采用非均匀双三次B样条曲面重构算法重构冰形曲面,得到几何模型,实现飞机三维结冰的多时间步长数值模拟。比较了单时间步长和多时间步长的计算结果;并与冰风洞试验数据及LEWICE预测数据进行对比,分析了不同时间步长对结冰外形的影响,得到了表面水收集系数随着时间的变化规律。结果表明,随着时间步长的不断缩小,水收集系数在机翼上表面不断增加,影响冰形的增长。时间步长越小,计算结果越接近试验数据,验证了曲面重构算法的正确性,说明多时间步长在结冰数值模拟方法中的优越性。     

变掠翼轰炸机起飞重量估算方法研究

起飞重量的估算是飞机设计的第一步,只有确定了飞机的起飞重量,才能进行后续的总体设计,即确定飞机的基本尺寸及布局形式。该文通过统计学的数学方法,介绍了一种新型轰炸机在概念设计阶段起飞总重估算的思路,提出了该类飞机起飞重量的组成,特别是按照这种处理问题的思路提供了飞机起飞总重估算所用到的一个公式及推导过程。该公式的推导是基于第三代/第四代轰炸机起飞总重估算建立的,适用于该类飞机在概念设计阶段初始起飞总重的估算。     

弯掠翼叶轮内流压力场的计算机数值仿真

采用计量流线曲率和旋转流动的改进的曲率时间尺度k-ε湍流模型和Navier-Stokcs方程组求解，对宇宙航空弯掠翼型叶轮和对比用基准叶轮的内流压力梯度场进行了计算机数值仿真，分析了压力梯度场的变化规律及其作用机制．仿真结果表明：弯掠叶轮数值仿真必须选择计量曲率和旋转影响的改进湍流模型；弯掠翼型形成的C型压力梯度场有益于抑制低效流；可以通过移动积迭点位置调整压力梯度以控制内流场．     

弯掠翼叶轮内流二次涡系的计算机数值仿真

采用非交错网格下的曲率时间尺度K-ε湍流模型和纳维斯托克斯方程线求解，对宇宙航空用弯掠叶轮和基准叶轮叶道内部三维粘性速度场进行了数值仿真，分析了叶轮流道内部通道涡等复杂二次涡系结构的流谱特性及其对气动性能特别是旋转失速的作用机理．研究表明：弯掠叶轮流道内通道涡、刮擦涡有效卷吸翼顶边界层低能流体，抑制了翼顶部的流动分离和旋转失速，有利于失速裕度的扩大．数值仿真结果为弯掠叶轮的计算机辅助设计提供了改进指导信息．     

直升机旋翼结冰后三维桨叶气动特性数值分析

针对直升机旋翼桨叶结冰问题,研究了结冰前后三维旋翼桨叶气动特性.基于多参考系模型建立了旋翼桨叶三维结冰数值模拟方法,对其中空气流场计算、水滴撞击特性计算、结冰生成计算和几何模型重构等步骤进行了介绍.以C-T旋翼为模型,计算分析了结冰对旋翼桨叶气动特性的影响.计算结果表明,结冰后旋翼桨叶升力降低、阻力增加,悬停性能下降明...     

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.     

结冰数值模拟中网格收敛性验证

对任何基于网格的数值模拟而言,获得网格收敛的解是结果可信的必要条件,结冰模拟也是如此。为充分、完整地考察目前普遍使用的结冰数值模拟算法的网格收敛性情况,详细定量地验证了其在霜冰、混合冰、明冰等诸多工况下的网格收敛情况。结果表明:当前普遍使用的算法基本上可以获得网格收敛的结果。其中霜冰的收敛规律较好,角状冰收敛的规律性不如霜冰情况。目前常用算法的可靠性基本上满足工程需求,但对于有角冰的情况,在实际应用中需要进行详细谨慎的网格收敛性验证。     

非结构动网格在变后掠翼气动问题中的应用

对非结构动网格生成的弹簧近似方法进行了研究.采用了顶点弹簧方法,分析研究了弹簧倔强系数的取值,同时通过引入挤压倔强系数和边界修正,对标准弹簧近似方法进行了改进.改进后的方法可以大大提高网格变形能力和网格质量.应用此非结构动网格生成方法并通过耦合求解基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述的Euler方程,模拟了作简谐振动的NACA64A010及M6机翼变后掠状态下的跨音速绕流,计算结果与实验结果吻合良好.     

控制面偏转方式对前掠翼静气弹特性的影响

针对不同控制面偏转方式对弹性前掠翼静气弹特性的影响,基于计算流体力学/计算结构力学（CFD/CSD）松耦合静气动弹性数值计算方法,计算和分析了不同迎角、动压及马赫数条件下前、后缘控制面联合偏转对前掠翼模型的气动特性和弹性变形特性的影响。计算结果表明：控制面偏转对前掠翼飞机静气动弹性特性影响较大;当迎角变化,同向偏转方式的气动特性和弹性变形特性较好,α=4°时,弹性机翼的升阻特性较好;当动压变化时,反向偏转方式的气动特性和弹性特性占优,最大升阻比较同向偏转提高约7%,反向偏转方式气动特性较好,最大升阻比较同向偏转提高约7%;当马赫数变化时,弹性机翼条件下3种模型分别在Ma=0.7时升力系数达到最大值。计算结果可以为前掠翼飞机的实际应用提供参考。     

前掠翼模型低速气动力实验与仿真

基于一种高速前掠翼布局翼身组合体缩比模型,开展低速风洞纵向气动力实验研究,包括与相应后掠翼对比实验和细长边条前掠翼实验,实验攻角-4°～+36°,特征雷诺数4×10₅。结果表明：低速实验条件下,前掠翼升阻力特性与相应后掠翼基本相同,但前掠翼表现出良好大迎角气动性能发展趋势。翼根前加装面积仅为机翼面积5.2%的大后掠细长边条后,前掠翼升力特性明显改善,33°迎角时最大升力系数比基本前掠翼提高约40%。依据模型风洞实验实际条件,采用雷诺时均方程和FLUENT软件,进行前掠翼模型流场气动力数值仿真,仿真计算模型构建合理,能够支持分析风洞实验数据。     

飞机机翼积冰的数值模拟研究

针对机翼结冰问题,提出了一种翼型结冰的数值模拟方法。介绍了适用于本方法的翼型网格划分及流场求解方法;提出了一种适用于CFD的水滴收集系数计算方法;利用Fluent软件的离散项模型(DPM)及用户自定义函数功能(UDF),计算求解了翼型表面的局部水滴收集系数;介绍了积冰过程中的质量守恒和能量守恒过程;基于积冰垂直生长假设,介绍了积冰生长模型;最后利用本文提出的方法预测了翼型的结冰情况。将用本文提出的方法计算得到的三种典型积冰类型同国外冰风洞实验结果做了对比,证明了本文方法的正确性和准确性。     

飞机机翼防除冰系统研究进展

机翼表面的积冰对飞机飞行姿态影响很大.为满足飞机在低温、高湿等气候条件下的飞行要求,防除冰系统的设计研究是飞机设计中的重要内容.介绍了飞机积冰的特点及其对飞机飞行性能的影响,并对国外各种先进的机翼防除冰系统工作原理及特征加以介绍和对比分析,对国内飞机防除冰系统的设计具有很大的参考价值.     

不同攻角和翼型的简化角冰特征参数的气动数值模拟

选取常规翼型NACA23012、自然层流翼型NACA64-215和超临界翼型RAE2822,以冰角高度、冰角宽度,冰角端部形状以及冰角之间的连接情况4个参数来研究角冰对不同翼型在不同攻角下的升阻力系数的影响。结果表明,角冰的下冰角是影响翼型升阻力系数的主要原因之一,且不同翼型对参数的敏感性不同。同时,增加预测模型的升力性能可以通过选择半圆形的冰角端部形状、增加冰角之间的连接和减小冰角高度来实现。     

基于空气与冰的电阻特性差异实现电力输电网覆冰自动检测

提出了一种基于空气与冰的电阻特性差异实现电力输电网线路与塔架覆冰厚度自动检测的新型覆冰厚度传感器及其检测方法.空气与冰的电阻值具有明显的数值差异,将被检测物体表面空间划分为空气、冰两种具有不同物理特征的区域并将其切割为多层空间,对各分层的电阻值进行检测,并根据其数值差异来综合测定电力输电线路与塔架表面覆冰厚度,从而实现在恶劣的野外工作环境下对电力输电网覆冰厚度变化进行自动连续监测的目的.     

基于BP神经网络的输电线路覆冰增长模型研究

分析了现有输电线路覆冰增长模型在预测中的不足以及神经网络对非线性映射变量表达的优越性,提出了一种基于Levenberg-Marquardt学习算法的BP神经网络的覆冰增长预测模型。通过实验获取的覆冰增长数据样本训练BP网络,利用收敛的网络进行输电线路覆冰增长的预测,仿真实验误差1mm以下的有7组数据,远高于对比模型makkonoe模型的3组,验证了模型有效性,对输电线路的覆冰研究和预防有重要意义。     

架空输电线路覆冰和融冰仿真研究

为了辅助运行人员在冬季不同气象条件下对输电线路的覆冰危害进行定量分析,以及合理选择直流融冰电流和融冰时间,对架空线路的覆冰和融冰仿真软件进行了研究,提出了一种便于使用的考虑导线所处微地形环境和风向等综合因素的覆冰增长计算方法,并分析了覆冰仿真软件程序框图;利用载流导线的热平衡方程,选择导线最高允许运行温度为70℃,计算了导线的最大融冰电流并对计算误差进行了分析;利用覆冰导线表面冰融化时的热平衡方程,分析了覆冰导线融冰时间的计算方法,并分析了融冰仿真软件的程序框图。     

冰层厚度自动化观测系统的试验研究

以河冰为例,在实验室中进行了三个冰生消变化过程中直流电微弱传导性质的试验。通过对大量测量数据的抽样分析,验证了冰的直流电传导性;总结了冰在生消变化过程中其直流传导性与冰、传导距离、直流电压的关系,得出了冰具有直流电微弱传导特性。利用这一性质,结合单片机及计算机图形学技术来实现对冰的生消变化及冰层厚度进行自动化观测。该研究成果可用于极地海冰厚度的自动化监测,为极地海冰厚度变化过程监测提供技术基础。