倾转旋翼-机翼气动干扰准定常多重参考系仿真和风洞试验

倾转过渡状态下气动力的急剧变化是导致倾转旋翼飞行器姿不稳定重要原因。采用风洞试验和数值仿真方法研究前飞状态和倾转过渡状态倾转旋翼对机翼的气动干扰。首先,分别计算了悬停状态标模和前飞状态8038旋翼的拉力,数值仿真结果与试验结果符合良好。然后,针对倾转旋翼-机翼气动干扰建立了计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值仿真模型和搭建了风洞试验平台。结果表明：前飞状态随着前进比的增大机翼气动力系数降低且趋于与单机翼气动特性一致。倾转过渡状态,当旋翼倾角小于75°,随着前进比的增大机翼升力系数由负值逐渐增大。倾转角对机翼气动特性的影响随前进比的增大而降低。分析了倾转旋翼-机翼在升力方向和前飞方向上的气动力,研究结果对进一步完善倾转旋翼飞机设计及试飞试验成功提供了参考。     

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。     

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。     

多控制面对二元机翼静气弹特性的影响

基于CFD/CSD松耦合数值计算方法,以加装前、后缘控制面且刚心靠后的二元机翼为模型,在Ma=0.3时,针对多控制面对二元机翼气动特性和弹性变形特性的影响进行了计算和分析。结果表明,控制面同向偏转时,气动特性略差,但扭转变形得到明显抑制,扭转角峰值θ_(max)相对于无控制面偏转时下降了43.32%~62.92%;控制面反向偏转时,扭转变形特性差,气动特性明显提高,相对于无控制面偏转,最大升力系数C_(lmax)增大了42.96%~57.58%,失速迎角提高了约4°。该研究可为多控制面在前掠机翼气动弹性主动控制中的应用提供参考。     

基于降阶模型的AGARD机翼气动弹性研究

基于非定常气动力降阶模型ROM,耦合结构运动方程建立气动弹性降阶模型,通过时域分析以及系统特征根求解可以快速评估气动弹性系统的稳定性。ROM将气动力与模态运动相联系,利用CFD技术进行气动力模型训练,计算量小于CFD/CSD直接模拟的代价。算例选取了气动弹性分析的标准模型AGARD 445.6机翼,降阶模型预测的颤振结果与风洞试验数据相吻合。     

基于CFD方法的机翼外形静气弹修正

对于大展弦比的民机设计,基于CFD方法通过气动结构耦合进行机翼外形静气弹修正。本文通过对巡航外形的气动力和重力卸载,计算飞机的型架外形。基于型架外形,通过气动结构耦合进行多次迭代计算,得到弹性变形收敛后的巡航外形。     

Z形折叠翼厚度对其气动特性影响分析

Z形折叠翼飞行器可在飞行过程中改变机翼面积,改善气动特性,执行多种任务.然而机翼折叠过程中有效气动面积、重心、气动焦点等参数的变化,会对飞行器气动特性产生较大影响.此外,机翼表面相互靠近,由机翼厚度引发的气动干扰也会导致升力、折叠铰链力矩等气动力发生变化.为此,首先利用薄翼理论和升力面法推导理想气体来流条件下折叠翼的定常气动力表达式.然后,采用CFD法分析折叠过程中折叠角、攻角和机翼厚度对飞行器升力、折叠铰链力矩等气动特性的影响,并将分析结果与升力面法结果对比.结果表明机翼折叠过程中,有效气动面积减小,升力、阻力系数总体呈下降趋势;随着折叠角增大,机翼表面相互靠近产生的低压区强度增加,机翼厚度对折叠翼气动特性影响显著增强.另外相比于CFD法,忽略机翼厚度项的升力面法对于折叠翼的气动力计算会产生较大误差.     

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.     

基于降价模型的AGARD机翼气动弹性研究

基于非定常气动力降阶模型ROM,耦合结构运动方程建立气动弹性降阶模型,通过时域分析以及系统特征根求解可以快速评估气动弹性系统的稳定性。ROM将气动力与模态运动相联系,利用CFD4技术进行气动力模型训练,计算量小于CFD／CSD直接模拟的代价。算例选取了气动弹性分析的标准模型AGARD445．6机翼,降阶模型预测的颤振结果与风洞试验数据相吻合。     

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。     

机翼风洞试验模型CFD静气动弹性修正研究

在低速增压风洞和跨声速风洞中,变雷诺数试验常用增压来实现。速压变化带来弹性变形的不同,造成伪雷诺数效应,其影响与雷诺数效应在同一量级。数值模拟了F4机翼在某低速增压风洞中的变雷诺数和变迎角试验。研究了其静气弹效应随迎角和风洞试验速压的变化规律。论证了对于风洞试验静气弹变形造成的伪雷诺数效应采用CFD方法修正的可行性。结果表明:对F4这种金属材料的中等展比后掠机翼,沿展向挠度和剖面扭转角等变形参量与迎角呈正相关。但迎角越大,增长幅度越小。随风洞试验速压也是正相关增长,但是等幅线性的。结合CFD技术进行风洞静气弹修正的方法是可行的。未来在如NASA研制的"太阳神"飞机等大展弦比、大柔性飞机的设计和风洞试验修正中将得到广泛应用。     

一种考虑静气动弹性影响的机翼型架外形设计方法

在机翼静气动弹性分析的基础上,结合Takanashi余量修正方法对三维机翼进行气动外形反设计,以确定机翼的型架外形。其中静气动弹性分析采用耦合计算流体力学和计算结构动力学(CFD/CSD)方法进行数值模拟。气动力采用N-S方程的有限体积求解技术,结构响应则采用有限元数值求解技术。以某客机方案机翼作为算例,设计结果表明本文所建立的机翼型架外形设计方法是可行的,具有一定的工程应用价值。     

某型燃料电池飞机气动布局方案对比

以某型四座电动飞机为平台,进行推进系统改装燃料电池的飞机气动布局方案设计,分别形成反应堆及储氢罐均内置、反应堆内置储氢罐外挂、反应堆及储氢罐均外挂三种气动布局方案。通过计算流体力学软件进行数值仿真,从升阻特性,纵向及横航向静稳定性等方面对三种方案进行了气动特性分析。分析结果表明,反应堆及储氢罐均内置方案升阻特性最优,反应堆内置储氢罐外挂、反应堆及储氢罐均外挂方案分别会引起巡航状态阻力系数0.004及0.007量级的增大;两种采用外挂气动布局的方案其横向静稳定性相对内置布局均有所提升,纵向及航向静稳定性变化较小。对比风洞试验结果证明了仿真结果的准确性。本研究在燃料电池飞机气动布局设计方面进行了有益探索,具备一定的工程参考价值。     

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。     

多场耦合的机翼热气动弹性问题研究

采用CFD/CSD/CTD耦合方法研究了高超声速机翼的热气动弹性问题。首先采用多场耦合方法进行了静热气动弹性配平,获得了结构热平衡状态下的温度分布和位移分布;在此基础上对结构进行了热模态分析,得到了其各阶模态频率随来流马赫数的变化规律;最后,研究了材料属性变化和热应力对热配平结果的影响。结果表明,气动热使结构特性发生改变,模型结构刚度下降主要由材料属性变化引起,而结构变形则与热膨胀有关。     

炮射导弹气动特性数值计算

为解决炮射导弹静稳定度低的问题,提出了两种针对尾翼的优化方案.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对炮射导弹的绕流场进行了数值模拟研究,得到了炮射导弹外形优化前后的气动特性参数,气动特性结果与风洞实验结果基本吻合.研究结果表明,两种尾翼优化方法均可有效地提高炮射导弹的静稳定度,并增加升力.     

低雷诺数下机翼复杂绕流的气动特性实验

在上海市应用数学和力学研究所SIAMM400 低速低湍流度风洞中, 对自行设计的GA-1060 机翼在低雷诺数下复杂三维绕流的气动性能进行了相关的实验研究, 并与NACA0012 翼型形成的矩形机翼绕流气动性能进行了比较. 结果表明: 在低雷诺数下GA-1060 机翼前缘较为钝厚, 有一定弯度, 厚度较小的外形使其具有更好的综合气动特性; 在较大攻角情况下, 升力系数和升阻比等参数均有较大提高, 6° 攻角时升阻比可增加到27%; 流动分离与翼尖涡的相互作用在一定程度上影响了翼尖涡的生成和发展.     

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.