一种可无动力滑翔的固定翼无人机设计

固定翼飞行器主翼的展弦比是影响飞行性能的一项重要指标,大展弦比的固定翼飞行器具有良好的无动力滑翔性能,使用大展弦比固定翼无人机可在失去动力的条件下实现无动力滑翔,亦可使用较小动力进行低速巡航,是一种滞空时间较长,重复使用次数较多,且飞行稳定、安全系数较高的机型。此种机型大量用于航空摄像、灾害监测、空中监控等领域。该文介绍了一种可无动力滑翔且能携带一定载荷进行空中投放的双体式无人机的设计,并经过多次地面和空中测试证明了此种设计的可行性。     

后掠机翼跨音速静气动弹性特性研究

后掠机翼在飞行过程中受气动载荷影响,其机翼将产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形严重影响飞机性能和飞行安全,不能将此种机翼当作传统的刚性机翼加以弹性修正的方法进行分析。针对这种弹性后掠机翼,应用发展的非结构动网格生成方法,以Euler方程为控制方程,耦合结构静平衡方程,采用结构影响系数法,对中等展弦比、大展弦比后掠机翼的气动力载荷和结构变形进行了求解,并对结果进行了分析。     

非轴对称静叶对跨声速风扇流场影响的数值研究

为研究非轴对称静叶应用于风扇/压气机中提高畸变条件下工作性能和稳定性的可行性,设计一种非轴对称静叶结构,并将其应用于某单级风扇.通过对均匀进口条件下原型风扇和非轴对称风扇流场进行求解,得到两型风扇的特性曲线,并对两型风扇在设计点工况下流场进行对比分析.结果表明:非轴对称风扇效率在最高效率点附近要高于轴对称风扇,但其稳定工作范围明显小于轴对称风扇;采用非轴对称静叶会增加动叶内的非定常扰动,使工作稳定性下降;非轴对称静叶区域内的角区分离得到明显抑制,流场得到改善.     

大展弦比叶栅气弹响应的数值研究

对大型承载飞机普遍使用的大展弦比发动机转子叶栅,使用有限单元方法（FEM）建立叶栅模型,然后对叶栅的结构及旋转状态下的动态特性进行分析。同时在不同转速下计算模态和振动频率,对等效应力分布、等效应变分布和整体形变进行求解,并由此绘制了叶栅共振曲线的坎贝尔图,该图显示了固有振动频率和振动响应条件下的共振激励。最后结合在不同转速下的流场稳态计算结果,对叶栅进行在气动力作用下动态响应分析。该模型的气动弹性分析结果表明,基于有限单元法的静压力计算、动频分析方法,在大展弦比叶栅的优化设计参考和振动安全诊断等方面可以提供很大的帮助。     

进口导叶载荷分配对小型高压轴流风扇气动性能的影响研究

目的 针对小型高压轴流风扇气动性能的优化设计,提出对进口导叶与动叶不同载荷分配进行研究,寻找合适的分配规律以达到气动性能优化的目的。方法 根据进口导叶与动叶分配的不同载荷比,设计相应的进口导叶预旋角度、动叶安装角,利用Pro-e三维建模软件建立风扇模型,并通过数值模拟,采用ICEM进行网格划分,在Fluent求解器中选择合适的控制方程与边界条件进行计算,对不同风扇模型的气动特性、压力分布、速度分布、湍动能分布及内部流场进行研究分析。结果 在小型高压轴流风扇设计中,进口导叶因负偏转而承担的载荷不同,对风扇气动性能影响较大。进口导叶气流预旋角在30°～50°区间内变化时,在设计工况附近,进口导叶负预旋偏转角越小,即设计载荷比例越小,风扇整体压力系数则越高。在设计运行工况点,5种风扇模型的压力系数差异可达9.54%,全压效率相差2.49%;当气流预旋角度大于30°时,即设计载荷比例ξ超过32%时,高负荷轴流风扇压力系数从0.332逐步下降到0.303,全压效率也呈下降趋势。结论 当进口导叶气流预旋角度控制在30°以内时,叶片中后部压力梯度较小,圆周方向上的速度梯度减小,叶片尾缘处的附面层分离...     

机翼气动结构多学科设计优化研究

为解决大展弦比机翼气动和结构学科的耦合分析及优化耗时问题,采用高精度计算流体力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)模型耦合分析的方法,得到耦合分析后最终真实变形情况下的应力状态和气动力性能,指出大展弦比机翼气动结构耦合分析的必要性.对自适应响应面法进行改进,提出一种基于模糊聚类自适应径向基的全局优化策略,研究了该策略的全局寻优能力和优化效率.运用该优化策略对考虑气动结构耦合分析的大展弦比机翼结构进行多学科设计优化研究.研究结果表明该气动结构耦合分析方法可行有效,并且该优化策略提高了优化效率.     

非轴对称端壁透平级气动性能的数值研究

采用双控制型线方法对高负荷低展弦比透平级完成了非轴对称端壁造型设计;采用RANS方程和考虑转捩模型的SST紊流模型对轴对称端壁透平级和非轴对称端壁透平级进行了气动性能的分析和对比.结果表明:非轴对称端壁造型设计方法通过降低周向压力梯度减小了透平级的二次流损失,提高了透平级效率达0.16％;静叶流场的变化引起了动叶进口条件的改变,从而导致动叶进口压力和反动度增大.     

大展弦比机翼的非线性气动弹性缩比优化

针对几何非线性效应明显的大展弦比机翼,使用两种传统线性缩比方法(刚度和质量耦合下直接进行模态匹配与解耦刚度和质量后进行模态响应匹配的方法)与非线性的缩比方法对某大展弦比机翼进行了仿真计算与比较分析,得出传统的线性缩比方法得到的缩比模型与设计目标相差较大,非线性缩比方法误差较小,即非线性缩比方法更加适用于存在明显几何非线性效应的大展弦比机翼的结论。     

某型燃气轮机一体化叶盘转子系统动力学特性

以某型燃气轮机转子系统为研究对象,建立了叶盘转子一体化模型,通过子结构法与整体法所求静频结果的比较,验证了子结构法分析计算过程的准确性和高效性.应用子结构法,考虑离心应力的作用,求解了一体化叶盘转子系统在工作转速下的动频,并与传递矩阵法的计算结果进行了比较,分析了叶片对整体模态的影响.建立了不同展弦比下叶盘系统的模型,探讨了在定宽度和定长度情况下,不同叶片展弦比对系统模态的影响变化规律.研究结果表明:考虑叶片对一体化叶盘转子系统离心刚化的作用,使得研究结果更加接近工程实际,叶片展弦比对系统的振动特性存在较大的影响.研究为某型燃气轮机转子的动力学设计提供了理论依据.     

高负荷低展弦比涡轮流动机理

为满足固体推进剂涡轮火箭发动机高负荷、高效率、低展弦比涡轮设计要求,对发动机涡轮进行初步设计.采用哈尔滨工业大学编制的叶型编辑程序,设计单级膨胀近似为4的涡轮动静叶叶型,采用NUMECA软件对所设计的涡轮动静叶流场进行数值计算.结果表明:高膨胀比涡轮动静叶整个流道内均出现超音速流动,采用缩放通道可减小激波损失;静叶出口马赫数较高,产生的尾缘激波与相邻叶栅吸力面相交,使吸力面马赫数波动,产生逆压梯度,增大了流动损失;在动叶中,端壁附面层内二次流沿壁面汇聚到吸力面中部,使吸力面中部损失增大.     

新型高分辨率格式及其在CFD的应用

 利用小波奇异分析构造了一种新型的高分辨率高效计算格式,借助小波奇异分析所找到的流场中奇异点区域和光滑区域,合理选择高分辨率、高精度WENO格式和高精度中心差分格式进行流场的离散求解;利用该格式对超声速二维前台阶流动问题、跨声速RAE 2822典型翼型的二维外流场、跨声速VKI-LS59涡轮叶栅的二维流场以及NASA Rotor 37跨声速压气机转子和NASA Rotor 67跨声速风扇转子的三维流场进行数值模拟,计算结果表明,采用这种新型格式可以用于内外流复杂流场计算。数值计算还发现,在采用相同网格的情况下,本文格式不仅具有通常WENO格式高分辨率的特点,而且计算效率较WENO格式高出3～5倍。     

民用航空发动机外涵支板声衬的降噪技术研究

为了研究民用大涵道比涡扇发动机风扇外涵支板对风扇转静干涉噪声后传声散射效应的影响,以及外涵支板布置声衬的降噪效果,本文基于有限元方法,首先研究了等截面圆形管道和环形的声传播和远场声辐射特性,并与解析结果进行对比,吻合地较好,表明了该声传播计算方法的可靠性和精度;然后开展对于包含外涵支板的某真实大涵道比涡扇发动机外涵管道的风扇转静干涉噪声后传声分析,最后开展外涵支板声衬的声阻抗优化设计,在约束条件内获得最优声阻抗,研究外涵支板布置声衬对风扇转静干涉噪声后传声的降噪效果。结果表明：有外涵支板的情况下,声波在管道内出现声散射现象,声压幅值较无支板情况明显增大,且在支板附近出现峰值;外涵支板布置声衬后,在最优声阻抗的情况下,单频单模态的降噪量可达22.57dB。     

高宽比对空腔流动水动力学的影响

在船舶与海洋工程领域存在广泛的空腔流动,其流动过程较为复杂,湍流结构明显。以三种不同高宽比的空腔模型为研究对象,进行了网格无关性分析,选择合适的网格开展数值计算,探究不同高宽比对空腔流动的影响。采用大涡模拟的方法,获得了不同高宽比空腔流动的流场信息,对其速度分布、压力分布、涡量分布进行分析,发现高宽比小的空腔流动较为复杂,腔内涡流非线性明显,而高宽比较大的空腔流动其速度及涡量分布集中在空腔开口域。本研究为后续船舶工程领域中空腔流动的应用奠定了理论基础。     

叶根前缘VG对微型轴流风扇性能的影响

为降低微型轴流风扇叶根端壁区域二次流所引起的损失,根据涡流发生器的流动控制思想,提出一种在叶根前缘压力面侧设置微型直板的新型流动控制方法;以某微型轴流风扇为研究对象,采用数值模拟结合实验的方法,重点分析了不同安装角的涡流发生器对轴流风扇气动性能及内部流场的影响;研究结果表明：涡流发生器存在提高风扇静压与静压效率的最佳几何安装角,涡流发生器会对叶轮内部流场产生影响,由涡流发生器所形成的诱导涡与压力侧马蹄涡分支进行掺混,会削弱马蹄涡的强度,在一定程度上抑制了由马蹄涡参与演变成的通道涡的发展,使叶轮流道中流体进行再分配;在宏观方面,结构匹配的涡流发生器可提高风扇的气动性能,当涡流发生器安装角度为15°时,在风扇高效运行区间内同原型风扇相比,安装涡流发生器的风扇其静压最多提高8%,静压效率最大可提升2.4%。对于大轮毂比微型轴流风扇,由通道涡所引起的二次流损失不容忽视,同时在对叶轮进行设计优化时应重视叶根端壁处的结构设计。     

跨声速离心压气机叶尖区旋涡流动特征

车用增压器高压比的发展趋势,使得跨声速离心压气机叶尖区流动对气动性能影响更为重要.采用三维CFD方法,研究了跨声速离心压气机叶尖区流动对性能的影响.结果表明:额定、近失速和堵塞工况的激波呈现多样性;额定和近失速工况主叶片前缘发出的泄漏涡与相邻主叶片压力面相撞分裂成两支,堵塞工况主叶片的泄漏涡出现在压力面侧;3种工况分流叶片泄漏涡与主叶片的泄漏涡均在同一通道流出叶轮;1/2主叶片弦长之后,3工况的分离旋涡与通道涡的尺度和分布特征基本相同,叶片吸力面与机匣相交的角区形成高损失核心区.对激波结构和旋涡特征的分析有助于认识叶轮内损失分布规律和产生损失的机理.     

跨音速压气机间隙流与处理机匣相互作用分析

基于对压气机转子顶部间隙泄漏流的深刻认识，针对某跨音速轴流压气机转子，设计了一种新型的处理机匣结构，并对带处理机匣的压气机转子内部流动进行了全三维非定常数值模拟，数值计算所获得的总性能（实壁）与试验结果符合较好．该种新型处理机匣结构的引入能在不降低压气机设计点效率的前提下有效地提高压气机的失速裕度．对处理机匣与顶部间隙泄漏流之间的相互作用机制进行了详细分析．结果表明：处理机匣结构能抑制间隙泄漏涡破裂现象的发生，并将间隙泄漏涡破裂后导致的阻塞区抽吸进入处理槽，从而有效地提高了跨音速压气机的失速裕度．     

动叶优化对跨声速压气机级性能影响的数值研究

为研究动叶优化对于整级性能的影响,用优化动叶代替原型动叶在0.8~1.1倍设计转速进行了数值研究。结果显示,动叶优化后整级的通流能力得到提升,设计转速下堵塞流量较原型提升了0.53%;级性能得到了提高,在1.0倍和1.1倍设计转速时最高效率分别提升了0.45%、0.44%。0.8~0.9倍设计转速时,压比和效率变化不明显;动叶流道内激波结构变化不明显,叶顶和叶根的激波强度有所增加,中径处激波强度降低;动叶优化后,静叶叶顶区域进口气流角明显增大,恶化了静叶叶顶吸力面的流动状态,导致静叶吸力面叶顶分离区增大,静叶出口总压损失系数增加。     

装药形状对两端开口钢筒结构变形规律的影响

采用数值模拟与爆炸实验相结合的方式,研究了装药形状对两端开口圆柱钢筒结构变形规律的影响.采用显式动力分析软件LS-DYNA,并选用Johnson Cook模型模拟钢筒的动态变形,研究了方形、球形和柱形等不同形状装药对无加固圆柱钢筒塑性变形的影响规律,对比实验得到的残余变形测量结果,验证了钢筒计算模型和参数设置的有效性.同时,研究了不同长径比柱形装药对混凝土加固圆柱钢筒结构的影响.结果表明,在相同的装药量下,结构塑性变形与装药的几何形状密切相关.采用大长径比的装药形状,两端开口圆柱钢筒的环向变形明显增大.在设计防护结构时,必须高度重视装药形状对结构变形的影响.     

特殊条件下矩形封闭空腔内自然对流数值研究

在封闭腔侧壁均匀加热且同时顶壁均匀冷却的特殊条件下 ,应用新的近壁面网格加密法 ,针对一个系列的瑞利数和纵横比 ,进行了详细的稳态自然对流换热问题的数值模拟 .通过分析诸多工况对流动形式和能量传递的影响 ,发现当纵横比较大时 (at>1) ,瑞利数对传热的影响比较明显 ;而当纵横比较小 (at<1)和瑞利数较大时 ,纵横比的影响比较明显 .对数值结果进行了回归 ,得到了Nu和Ra的关联式 ,其精度较以前的近似拟合公式要高     

扭曲体型高层网筒结构体系的结构布置及基本性能

为配合扭曲体型高层建筑方案,提出扭曲体型高层网筒结构体系,给出其结构布置,分析扭曲程度对结构基本性能的影响。通过系列模型计算,探讨了旋转角、主环梁层间距、结构高宽比等几何参数对结构抗侧性能的影响。其中,旋转角和结构高宽比是主要影响参数,主环梁层间距影响不大。扭曲结构最大抗侧刚度对应的层旋转角存在一个适宜区间,随着高宽比的增大,此角度区间范围变窄;在此区间内扭曲体型能够有效提高抗侧刚度,在此区间之外其抗侧性能则比传统非扭曲结构差。当结构总旋转角为90°时,不同高宽比的扭曲结构都具有最优抗侧性能。扭曲结构虽然受力合理,但是从底部算起至少半数楼层的主环梁必须考虑竖向荷载产生的轴拉力,而且考虑主环梁轴拉力的楼层数占总层数的比例随着高宽比的增大而增大。扭曲体型高层网筒结构体系具有良好的结构效率和抗侧性能。