新的螺旋桨尾涡近似方法

基于解析尾涡模式,提出了一种新的尾涡近似方法．尾涡分为近区和远区．在近区,尾涡在选定扇形截面上解析地求出,在其他处通过非线性插值求得;利用了解析尾涡的特点同时减少了计算量．根据流体连续性方程确定尾涡的收缩半径,避免了梢涡半径的不收敛性,为重负荷螺旋桨设计和非设计工况下螺旋桨性能计算提供了一种有效的尾涡近似计算方法．     

涡轮桨搅拌槽内流动及尾涡特性研究

采用颗粒成像测速仪（PIV）,实验测定了相同功率下两种不同叶片长度的六直叶涡轮桨（RT桨）的流动场,分析了叶片长度对液相速率、湍流动能和尾涡特性的影响规律,并研究了桨叶离底距离对尾涡特性的影响。结果表明,径向速率分布差别不大,而长桨叶的轴向速率大于短桨叶,最大相差达40%。对于湍流动能,二者在近桨叶区数值相近,但在远桨叶区长叶桨较短叶桨的湍动要强,最大差值30%;对于尾涡特性,上下尾涡发展轨迹、涡量大小是不对称的,下尾涡较上尾涡发展稍快,且涡量较大,涡量大20%左右。     

融合式翼梢小翼对飞机尾涡演化的影响

随着空中交通流量的增长,尾流间隔精细化、动态化缩减成为了民航发展的一种趋势,研究尾流演化过程也成为了民航领域关注的前沿科学问题。基于此,本文采用雷诺平均 N-S方程方法研究了B737-800飞机有无融合式翼梢小翼对飞机尾涡的演化过程影响。利用NASA动态尾流系统中APA尾涡消散模型计算了不同气象环境参数下有无小翼的尾涡环量变化。结果表明：融合式翼梢小翼可以分割翼尖涡,有效改变翼尖气流的流动特性,增大速度梯度,减小尾涡速度、尾涡能量集中程度和尾涡强度;不同大气湍流耗散率和大气层结稳定度下,小翼对尾涡强度的减小量不同。     

非涡核区域尾涡遭遇快速建模方法

基于Hallock-Burnham尾流速度模型,建立了尾涡流场、滚转力矩及最大坡度计算模型。通过对非涡核区域尾涡遭遇的仿真,计算尾涡流场中不同位置的飞机最大坡度,按坡度大小进行尾涡流场区域危险等级划分,确定流场中不同危险等级的分布范围;研究分析了飞机飞行高度、重量、马赫数以及前后机间隔等因素的变化对飞机尾涡遭遇的具体影响。通过案例分析计算,验证了模型的快速性,可用于尾涡流场非涡核区域危险性分析。     

单颗粒尾涡特性的大涡模拟

稠密气固两相流中颗粒尾涡的存在对其他颗粒的运动及两相流场结构的影响不可忽略. 本文采用大涡数值模拟的方法研究了气体流过一个100?m颗粒的尾涡特性, 对比计算了在不同颗粒雷诺数Rep下颗粒尾涡的存在对局部气流速度、压力的影响. 结果表明,Rep=100时尾涡影响区域的长度达颗粒粒径的5倍,颗粒前后最大压差达373.48Pa.     

平头涡尾船型阻力性能研究

探讨了平头涡尾船型阻力性能其与常规船型阻力性能的联系，用运动状态下的水线长和等值船型，提出了平头涡尾船型的阻力模型。据此，运用船舶流体力学的基本观点对平头涡尾船型及其相对航速时所对应的等值常规船型进行了分析，建立了平头涡尾船型与常规船型的对应关系，论述了平头涡尾船型阻的机制和规律。并给出实船试验结果。     

基于激光雷达回波的动态尾涡特征参数计算

为了实现对飞机尾涡的有效检测,提高机场跑道利用率,减少飞机延误,本文以尾涡物理模型为基础,分析尾涡的环量和径向速度分布规律,并结合尾涡的下沉及消散模型,提出一种基于激光雷达回波的动态尾涡特征参数计算方法,即利用激光雷达回波数据提取尾涡流场的速度包络,解算出尾涡径向速度分布,并根据其反演出涡核位置及尾涡环量。采用仿真的动态尾涡流场激光雷达探测回波数据进行算例分析,验证了该方法的有效性。     

球尾渔船表面流场的数值计算

本文以理想流体的势流理论为基础，采用以Ｒａｎｋｉｎｅ源势函数的边界元法。引入微平面三角形来逼近船体表面，并求其几何要素，在三角形面元上布置强度为线性分布的源汇，给出计算实船表面流场各物理量的数值计算方法。经用Ｗｉｇｌｅｙ数学船型验证，其合理可靠。     

平头涡尾船型阻力性能研究

探讨了平头涡尾船型阻力性能及其与常规船型阻力性能的联系.用运动状态下的水线长和等值船型,提出了平头涡尾船型的阻力模型.据此,运用船舶流体力学的基本观点对平头涡尾船型及其相对航速时所对应的等值常规船型进行了分析,建立了平头涡尾船型与常规船型的对应关系,论述了平头涡尾船型减阻的机制和规律;并给出实船试验结果.     

三维机翼尾涡卷曲的数值模拟

为使三维机翼尾涡卷曲更加真实,在计算诱导速度时引入衰减函数和有限半径涡核分别体现流体黏性作用下尾涡强度的衰减和尾涡扩散.应用面元法解析式计算奇点的诱导速度,在偶极附近区域用涡环代替偶极,利用尾涡面上的运动学条件来确定尾涡面的卷曲形状.数值模拟结果表明:涡核半径参数有一最佳值;考虑尾涡衰减可使卷曲更接近实验结果;采用曲线拟合方法确定衰减函数是可行的.     

平头涡尾船型与实船研究

根据多条平头涡尾船实船测试数据,并从图表统计及理论分析上将平头涡尾船与国内外优秀实船作了对比.根据对海军常数C与相对航速F_n的关系分析,发现在F_n=0.29～0.33时存在C值较佳区域.本文对该船型船模与实船换算方法作了阐述.最后给出了该船型最新船模试验研究结果.     

基于大涡模拟的航空器近场尾涡分布特性

为研究尾流特性,降低飞机运行风险,基于数值模拟的研究情况,采用大涡模拟的方法,借助ANSYS软件对尾流进行仿真模拟。首先详细介绍了实验方法、主要实验过程以及相关实验依据,随后对A320特定飞机翼型在无风情况下所产生的尾流进行仿真,得到了尾流刚产生阶段的尾涡,根据实验结果,得出了涡核的发展情况,以及尾涡的侧向、纵向、垂直速度分布情况,并得到相关结论:尾涡存在中心,涡核中心侧向速度、垂直速度大,纵向速度小,涡核边缘速度情况相反。结果表明:尾涡上侧侧向传播速度方向与下侧相反,造成尾涡在空间上的扭曲;尾涡左侧垂直速度方向与右侧相反,使得尾涡在空间上形成上洗区与下洗区;涡量越大,黏性越大,尾涡的纵向传播速度受限。为认识、避让尾涡,进一步降低运行风险,提升空域容量提供了科学依据。     

单涡尾船型试验研究

在平头涡尾船型研究的基础上，将内河双涡尾拓展到单桨海船上，提出一种单涡尾船型．该船型仅改造母型船尾柱向首设计水线以下１５％ＬＷＬ左右的区域，不影响原船的机舱布置和舱容．船模试验表明该船型具有与常规船相当的阻力性能和优秀的推进性能，可节省主机功率１２．５％～２８．８％．     

旋转翼—身—尾组合体非对称涡效应的数值模拟与计算

研究了旋转弹在超音速大攻角下，非对称涡的产生、发展以及气动力和力矩的数值模拟算法。以Ｆ．Ａ．Ｗｏｏｄｗａｒｄ等人的有限基本解方法为基础，计及了旋转对弹体脱落涡、弹翼前缘涡、侧缘涡和后缘涡等诸涡系生成、发展的影响。计算结果表明，所提出的方法反应了旋转飞行器超音速、大攻角的气动特性。     

第三代平头涡尾船型试验研究

给出了第三代平头涡尾船的型的船模型阻力，船模自航试验结果和实验船测速结果，通过试验分析，阐述了该代船型具有优异的推进性能对其机理作了探讨。     

考虑颗粒尾涡效应的二阶矩两相湍流模型

将作者曾提出的颗粒尾涡增强气体湍流模型加入到二阶矩-颗粒动力论两相湍流模型中,建立了新的考虑尾涡效应的二阶矩两相湍流模型,并对水平槽道、旋流突扩室和下行床内的两相流动进行了模拟.对水平槽道和旋流突扩室内稀相两相流动的模拟结果表明：与实验数据对照,新模型比没有考虑颗粒尾涡影响的模型有一定程度的改进,颗粒尾涡效应确实增大了气体湍流;在下行床内的稠密两相流动中,由于两相之间的相互作用比较明显,颗粒尾涡不仅增大了气体脉动,而且也增大了颗粒脉动.     

第三代平头涡尾船型试验研究

给出了第三代平头涡尾船型的船模阻力、船模自航试验结果和实船测速结果,通过试验分析,阐述了该代船型具有优异的推进性能并对其机理作了探讨．讨论了伴流分数及推力减额系数对推进效率的作用．     

基于雷达探测数据的尾涡危险区评估

针对尾涡危险区域的研究可以有效避免后机尾涡危险遭遇事件的发生,提出了一种基于激光雷达探测数据的尾涡危险区计算方法。根据雷达实测数据反演飞机尾涡的演化轨迹和速度环量;基于后机遭遇前机尾涡的空气动力学响应构建滚转力矩系数模型;考虑尾涡在实际场景下的演化情况,结合反演得到的尾涡特征参数,计算飞机遭遇尾涡时的滚转力矩并计算尾涡危险区。结果表明:基于激光雷达探测数据反演尾涡特征参数,左涡和右涡的位置、环量并不一致,据此结合滚转力矩系数模型计算得到的整体危险区域也具有不对称性,当单涡更稳定时,对应的危险区域也更大。以B738为后机,选取某一尾涡探测片段验证,对于涡心坐标位置为左涡(390m,8.61°),右涡(435m,8.85°)的尾涡,左涡、右涡的环量分别为256.83m2/s和223.35m2/s,左涡相对右涡实际划设的危险区,覆盖范围更大,因此后机与前机左右尾涡的安全阈值区域不同,可据此对横向间隔做出不同调整,因此本方法有利于为分析后机遭遇安全性、缩短尾流间隔提出重要参考。     

基于蒙特卡洛仿真的高空尾涡运动特性

飞机在飞行过程中形成的尾涡流场是飞行安全重要影响因素.为研究飞机尾流在12500 m以上高空空域对下方飞机造成的影响,基于尾涡仿真快速计算模型建立了尾涡物理模型,采用蒙特卡洛方法对不同飞行高度处尾涡涡核的下沉高度进行仿真实验,分析了高空与中低空的涡核下沉高度差异性;然后计算不同飞机质量及大气湍流度下的高空尾涡涡核下沉高度,并对高空尾涡涡核下沉高度的影响因素进行分析.研究发现:与中低空相比,高空尾涡涡核下沉高度有所增加,平均增量为42.4～49.7 m;减小飞机质量可以降低垂直高度上的尾涡影响范围;当涡流耗散率超过1.2×10-4 m2/s3后,高空尾涡涡核下沉高度的变化较为缓慢.研究结果为高空尾流垂直间隔缩减研究提供参考.