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。     

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。     

蜻蜓柔性后翅模型的气动效能分析

为探究柔性材料对蜻蜓滑翔时气动特性的影响,通过数值仿真的方法,研究杨氏模量为3800 MPa,泊松比为0.18的三维柔性蜻蜓后翅模型在不同雷诺数和迎角滑翔时的气动效能和气动力作用下的结构变形.结果表明:柔性蜻蜓后翅在气动力的作用下会产生明显的弯曲扭转变形,且变形程度随着雷诺数和迎角的增大而增大,其中该扭转变形会使蜻蜓滑翔的实际迎角减小;由于产生了使迎角减少的扭转变形,使得在迎角为5°～30°滑翔时,升力系数减少了9％ ～45％,失速迎角增大10°以上;小迎角滑翔时,升力系数随速度增大而减小,大迎角滑翔时,升力系数与速度无明显相关性;大迎角滑翔时,在气流分离和柔性蜻蜓翼大角度扭转的作用下,上翼面的负压区向后缘移动,增加了负压区面积,增大了失速迎角,有利于提高蜻蜓飞行时的机动性.可见虽然柔性材料虽然会牺牲蜻蜓滑翔时的气动效能,但有助于蜻蜓高速大迎角飞行,提高了蜻蜓的机动性.     

鸭翼涡与边条涡对前掠翼布局的增升研究

为了研究鸭翼、边条对前掠翼布局气动性能的影响,采用三维N-S方程,分别计算了加装鸭翼、边条及鸭翼边条组合的前掠翼模型纵向气动性能,并通过流场显示分析了旋涡流动机理.研究表明,3种模型均可有效改善前掠翼布局的升阻特性.前掠翼加装鸭翼后,鸭翼分离涡的下洗作用使机翼上翼面的分离区减小,能有效控制机翼表面流动,最大升力系数提高40%;加装边条后,边条翼产生的边条涡干扰推迟了前掠翼翼根气流分离,并产生涡升力,升阻特性优于基本翼;同时加装鸭翼与边条,鸭翼涡与边条涡相互诱导,增强了对机翼表面流动的控制能力,最大升力系数比加装鸭翼模型提高3%左右,气动性能显著改善.     

前掠翼与平直翼布局气动特性的比较分析

基于ANSYS 11.0的计算流体力学模块CFX,选取Reynolds平均的三维N-S方程及SST涡粘湍流模型,采用数值计算和流场可视化分析方法,对变前掠翼布局在低速起飞／着陆及高跨音速作战使用状态的气动性能进行了计算。着重对前掠翼与平直翼布局气动特性和流动机理进行了比较,通过对涡结构的分析发现,机翼前掠使得机翼前缘涡和鸭翼机身涡呈“V”字型靠近并相互加强,从而诱导出了二次涡,大大提高了对翼面气流分离的控制能力,验证了增大升力系数和失速迎角的机理。计算结果表明变前掠翼布局设计合理。     

前掠翼根部流动分离控制措施研究

研究前掠翼根部流动分离控制问题,提出了两种改善翼根气流分离的流动控制方法.CFD研究表明,通过加近距耦合鸭翼或大后掠边条,能够明显改善前掠翼根部流动分离状况,提高前掠翼的大迎角气动性能.     

钻石背弹翼外形参数对气动特性的影响

定义了描述钻石背弹翼平面形状的2个几何参数,采用模块化方法设计了一组风洞实验模型,进行了风洞测力实验,研究了前、后翼条高度差及其间距对钻石背弹翼气动特性的影响.实验结果表明,前翼条高、后翼条低配置的钻石背弹翼的升力、升阻比比前翼条低后翼条高配置的钻石背弹翼的升力、升阻比大;前后翼条间距对钻石背弹翼气动特性的影响较小.     

仿鸟扑翼机器人气动力建模与分析

采用改进的叶素理论对仿鸟扑翼机器人的空气动力学问题进行了研究,建立了低雷诺数、非定常条件下,仿中小尺度飞鸟扑翼机器人的扑动模型和扭转模型,并考虑非定常尾涡对展向气流的下洗效应,对飞行迎角进行了修正.在此基础上,建立了扑翼机器人的升力模型和推力模型.实验数据与仿真结果基本吻合,较好地揭示了气动力在下扑和上扑阶段的变化趋势...     

非圆截面巡飞弹气动特性实验研究

为研究非圆截面巡飞弹的气动特性,采用部件组合法设计了风洞实验模型,对单独弹身及巡飞弹进行了六分量测力实验,实验马赫数范围为Ma=0.4~0.6。实验结果表明:弹身对全弹正升力有一定贡献,最大能提供全弹升力的10%;小侧滑角范围内,在没有舵偏的情况下,侧向力、偏航力矩随着侧滑角基本线性变化;巡飞弹具有较好的纵向和横航向稳定性,升阻比高,气动特性在可用迎角内具有良好的线性度。     

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。     

基于随机森林的大迎角非线性非定常气动建模方法

提出了一种新的大迎角非线性非定常气动力和气动力矩建模方法.传统的依据物理机理分析、实验观测等来建立飞机气动系数与飞行状态之间的建模方法在大迎角非线性非定常气动力和气动力矩建模中存在着局限性,导致模型精度不高,针对这个问题,提出了随机森林建模方法.根据风洞中飞机大迎角俯仰机动的特点,结合随机森林模型的原理,确定了与大迎角随机森林模型相关的输入特征,通过误差分析实验确定了随机森林模型中决策树个数和内部节点随机选择属性个数等关键参数的取值,利用F-18缩比模型在低速风洞中实验数据进行实验,结果表明,与经典的多项式模型相比所建立的随机森林模型得到的预测结果与真实数据之间的误差更小.      

民用飞机后缘增升装置气动力特性SCCH试验研究

针对民用飞机增升装置对机翼气动力特性的影响,在南京航空航天大学的NH-2低速风洞开展了某型号客机等弦长后掠半模增升装置测力风洞试验研究.试验来流马赫数为0.2,基于机翼气动弦长的试验雷诺数为1.85×106.通过试验结果,重点分析了后缘襟翼偏角、缝道宽度及缝道搭接量对机翼增升装置增升效率的影响,得到了襟翼偏角和缝道的最佳组合参数.研究结果表明:襟翼偏角和缝道宽度是影响机翼气动力特性的主要参数,缝道搭接量的影响较小;合适的缝道宽度能带来较大的升力系数和升阻特性,襟翼缝道宽度为2%时升力特性最佳,襟翼缝道宽度为1%时升阻比较大.     

后掠翼结冰数值模拟及实验研究

为研究带后掠角机翼的结冰数值模拟方法,通过建立三维结冰初始水膜模型以及结冰增长模型,对带后掠角的机翼进行结冰数值仿真。为验证模型的准确性,使用FENSAP-ICE软件进行同工况数值仿真,并且设计加工了30°后掠角的NACA0012翼型进行结冰风洞实验。结果表明：本模型能够对后掠翼的明冰工况进行仿真,仿真冰型与FENSAP-ICE冰型轮廓大致相同;本文计算的冰型与实验结果吻合较好,在冰角处的形状有差异但冰生长的总体趋势和大致结冰量与实验一致,沿展向不同截面冰型增长趋势也与实验大致一致。可见本文的后掠翼结冰数值模拟方法能够进行后掠翼结冰外形的计算。     

多控制面对鸭翼-前掠翼布局飞行器静气动弹性的影响

针对机翼前、后缘控制面对鸭翼 前掠翼布局飞行器静气动弹性的影响,通过CFD/CSD松耦合计算方法求解三维不定常N-S方程和线弹性静力学方程,得到了前、后缘控制面单独偏转和协同偏转状态下弹性前掠翼的气动特性和弹性特性。研究结果表明：弹性机翼相比于刚性机翼有更好的升力特性和大迎角失速特性;控制面偏转方式的变化也会对气动特性和弹性特性产生影响,当控制面单独偏转时,前缘控制面下偏和后缘控制面下偏均能增大弹性机翼的升力系数,最大升力系数增量分别为2.60%和8.69%;当控制面协同偏转时,同向偏转时的升力增幅比单独偏转时更大,最大升力增量为11.96%,反向偏转的升阻比特性较好,并可在小迎角范围内降低弹性变形和扭转。     

一种连翼式双机身无人机气动特性

为改善无人机承载质量性能,提出并设计了一种新型连翼式双机身气动布局,建立了基础布局和改进布局模型,基于FL U EN T详细研究了两种布局的气动特性.仿真结果表明,连翼式双机身布局有较好的气动性能,巡航状态升阻比可达16以上;经过翼身融合、机头修形及前后翼连接处理等改进后,升阻性能有较大提高,迎角2°时,改进布局升力系...     

基于声扰动方程的矩形柱绕流噪声数值模拟

为了研究低雷诺数下钝体绕流噪声,提出一种混合声学预报方法.采用声扰动方程(APEs)结合浸入边界算法(IBM)对矩形柱绕流噪声进行模拟研究.首先通过方柱绕流模型对混合方法和边界条件进行验证,然后讨论不同迎角下方柱的流噪声特性及0°迎角下矩形柱长宽比对声场的影响规律.结果表明:方柱绕流仿真结果与文献计算值符合较好,说明本文方法有效;随着迎角增加,声压级和声传播角相应变化,30°迎角下声压级较大;矩形柱的辐射噪声低于方柱辐射噪声,并随着长宽比增大逐渐减小,主要是因为尾流区形成卡门涡街的位置向下游移动,降低了尾涡强度和升力变化;矩形柱尾涡脱落和升力变化是主要的噪声源.     

不同前缘形状非细长三角翼等离子体流动控制的参数影响实验

为改善非细长三角翼的大迎角失速特性，探索前缘形状对流动控制效果的影响规律，基于交流介质阻挡放电(AC-DBD)等离子体激励，开展了非细长三角翼流动控制风洞实验研究。针对3个不同前缘曲率半径的三角翼模型，研究了激励参数对流动控制效果的影响规律。结果表明：小迎角状态下，尖前缘三角翼的升力系数略高于其他两种钝前缘三角翼；圆前缘三角翼的最大升力系数最高；指向上翼面的前缘激励在失速迎角之前对升力系数的控制效果最好，指向下翼面的前缘激励则在失速迎角之后效果更佳；圆前缘三角翼的控制效果最好，相同激励电压下(12 kV),激励控制对尖、圆和椭圆前缘三角翼在过失速阶段升力分别可提高3.6%、5.9%和4.2%。最优的无量纲脉冲激励频率为f⁺=1to2,最优占空比为5%,电压幅值越高，控制效果越好。分析认为AC-DBD激励控制非细长三角翼的主要机理是其对剪切层的非定常扰动，非体积力加速效应；机翼前缘处的流体动能分布影响诱导流向涡的形成，使不同前缘形状非细长三角翼的流动控制效果不同。     

外挂物气动力建模对机翼/外挂物颤振特性的影响及修正

在某机翼/外挂物颤振建模中,采用了两种外挂物气动力理论模型,即十字交叉升力面模型和细长体模型。首先对两种气动力理论进行了简要介绍,并给出了常用的气动力修正方法。采用两种外挂物气动力模型分别进行了机翼/外挂物颤振计算,并比较了单独外挂物刚体模态下两种气动力模型对应的广义气动力系数。针对细长体模型,还进行了截面宽高比变参分析。结果显示细长体理论结果对该参数不敏感。最后采用一种简化的气动力修正方法,对外挂物十字交叉升力面模型进行了修正。结果表明,外挂物气动力修正对其颤振特性具有重要的影响。     

扑翼模型的气动力研究

为了研究扑翼的气动特性,以蜜蜂翅为参考对象建立了扑翼的运动学模型. 利用计算流体力学方法,研究了最大拍动角、频率、攻角对扑翼气动力特性的影响,通过分析扑翼拍动在1个周期的升力和阻力变化,阐释了扑翼保持高升力的原因. 计算结果表明,翻转运动是造成升力变化的主要因素;平均升力会随着最大拍动角和频率的增大而增大;并在攻角50°时达到最大;而各工况对平均阻力的影响可忽略不计.     

定常射流阵列控制地面车辆气动阻力

为了控制地面车辆气动阻力,通过风洞实验和大涡模拟仿真方法,研究定常射流对地面车辆流动控制的影响;研制由17只定常射流器构成的射流阵列装置,将其安装在车辆顶部和斜背交界处,进行流动控制实验;探讨射流倾角和动量系数等射流参数对三维地面车辆的非定常流动和气动力的控制机理。研究结果表明:数值仿真方法可有效模拟气动力变化趋势。动量系数不改变气动力变化趋势,仅影响变化幅值。射流倾角决定射流出口附近的速度分布,影响气流分离,导致气动力的差异。与无控制下相比,当射流倾角为-25°~65°时,可实现减阻;而当射流倾角为80°~115°时,对应的阻力未减小。