空化流中具有升沉运动状态的螺旋桨数值模拟

基于雷诺平均纳维-斯托克斯方法对空化流中具有升沉运动状态的螺旋桨进行了数值模拟,螺旋桨旋转与升沉运动的耦合采用自主定义的运动方程来实现,升沉运动简化为基于正弦函数运动规律的周期性运动,非定常流场的数值传递采用重叠网格技术实现.对不同升沉运动周期下的螺旋桨非定常推力系数、扭矩系数进行了分析,对螺旋桨的非定常空泡性能以及尾流特征进行了对比研究.结果表明:升沉运动会加剧推力系数和扭矩系数的非定常特性,并导致螺旋桨片空泡的非均匀分布;升沉运动周期越小,桨后涡结构的干扰效应越强,螺旋桨诱导的脉动压力幅值越大.计算结果对螺旋桨的优化设计具有一定的理论参考意义.     

三维方形浮式储油卸油装置横摇阻尼预报

针对三维方形浮式储油卸油装置(FPSO)海上浮式结构,基于计算流体力学理论,采用重叠网格技术,计及自由面影响,求解雷诺平均方程,对其自摇衰减运动和强迫摇荡运动进行数值模拟.对DTMB5512裸船体自由横摇衰减运动进行模拟,将计算结果和试验数据对比;同时对尺度效应以及网格相关性进行比较分析,验证方法的可靠性.根据计算结果提出结构修改方案,计算各方案相同幅值相同频率下平台强迫摇荡阻尼系数,为工程上的结构设计提供依据.     

某型螺旋桨滑流对机翼气动性能影响的数值研究

对某型飞机螺旋桨与机翼巡航构型下的干扰流场进行了非定常流数值模拟,螺旋桨采用四叶桨,螺旋桨直径4.5m,机翼半展长19.32m,飞行速度540km/h,螺旋桨转速1075r/min,前进比λ为1.86.螺旋桨区域采用滑移网格技术,全场网格数为1000万.数值分析了不同迎角下螺旋桨滑流对机翼气动性能的影响规律,结果表明:(1)螺旋桨受到其后机翼的阻塞效应而使拉力改变;(2)在不同迎角下,螺旋桨滑流对机翼的影响规律不同,在较小迎角下机翼的增升效果不明显,但在较大迎角下机翼增升效果明显;(3)不同迎角下,螺旋桨滑流会增加机翼阻力.     

密实度对10 MW垂直轴风力机气动性能的影响

为研究密实度对10 MW级直叶片垂直轴风力机气动性能的影响,采用计算流体力学的方法,对二维非定常流场进行数值模拟,通过重叠网格技术对旋转域运动结果进行分析与研究,重点分析了叶片数量和弦长这两个影响密实度的重要参数对风力机能量利用率的影响。研究结果表明：叶片数量和弦长的变化均会对垂直轴风力机气动性能产生影响,且改变叶片数量产生的影响更加明显。研究结果为风力机参数选择提供了参考依据。     

基于CFD技术的螺旋桨非定常流场数值模拟

针对单独螺旋桨模型,基于动态结构网格搭接技术,采用CFD方法对其非定常流场进行了数值模拟。首先针对全部外形生成多块点搭接和面搭接两套计算网格,通过分析两套网格的计算结果,验证动态网格搭接技术的可行性和正确性,得出螺旋桨性能参数随转速的变化规律;在此基础上分析了雷诺平均NS(RANS)方程和Euler方程的数值模拟结果;最后研究了攻角对单独螺旋桨性能参数的影响。研究结果表明：动态网格搭接技术能够很好地模拟非定常螺旋桨的性能参数;螺旋桨的拉力系数和功率系数都随着转速的增加而增大;对螺旋桨非定常流场进行数值模拟时,采用Euler方程就能够满足工程精度的需求;攻角0度时单片桨叶的拉力系数和转矩系数都是恒值,而在攻角10度时却都呈现出周期性的正弦曲线。     

翼型局部弹性自激振动的增升减阻效应研究

基于几何非线性的浅拱理论及空气动力学理论,建立了局部弹性翼型的气动弹性模型,并针对该模型建立了在ALE坐标下局部弹性翼型与非定常流场的耦合算法;对振动NACA0012翼型的非定常气动力进行了计算,结果与文献数据吻合良好,验证了算法的准确性;对雷诺数为2×105时弹性翼面自激振动对翼型的增升减阻效应进行了数值分析.研究结...     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams-Bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie-Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(TTU)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.     

运用三维动网格技术模拟计算离心泵的非定常流动

 运用三维动网格技术,对离心泵非定常流场进行数值模拟。使用Fluent流动软件的Profile文件定义叶轮计算域边界面的转向和转速,将所有计算域设在同一个惯性系中。采用弹簧光滑法、动态分层法及局部网格重构法3种方式实现计算域网格变形。在同样的计算模型、计算网格、初始条件、边界条件及软件设置条件下,将动网格与传统的滑移网格计算结果进行了对比。计算结果显示:在经历约5个叶轮旋转周期后,两种计算网格数值结果趋于一致,但动网格的迭代速度几乎是滑移网格迭代速度的3倍。原因是动网格计算仅在一个惯性系中进行,新旧网格节点的拓扑关系保证了良好的计算精度和时间上的连惯性;而滑移网格计算因多参考系之间的数据对接影响了时间上的连贯性、降低了迭代速度。研究表明采用动网格技术可实现水泵的三维非定常流场数值模拟,具有较强的通用性和广阔的应用前景。     

基于动网格的液压阀阀芯启闭中的液动力分析

为了深入研究液压阀阀芯启闭过程中阀芯上的压强分布和液动力,采用动网格技术,数值模拟了液压球阀阀芯开启与闭合过程中的非定常流场.将阀芯作为运动实体,阀芯的运动由其所受的流体力、弹簧力及自身重力确定,随着阀芯的运动,相应流场计算区域的边界也随着发生变化,获得了球阀启闭过程中不同瞬时阀腔内的压力场.在此基础上,分析了液压阀在...     

圆盘水漂运动特性数值模拟研究

为研究近水面的起飞再入式运动对飞行器近海面的高机动突防能力的影响,文中基于CFD数值模拟方法,湍流模型选取SST k-ω模型,利用重叠网格技术,将N~S方程与六自由度弹道方程耦合对三维空间内薄圆盘的水漂运动进行了数值模拟,研究了不同工况下水漂的入水特性和运动规律.结果表明:数值模拟计算得到的圆盘从接触水面到离开水面的时间与实验值吻合较好,圆盘的运动轨迹与实验结果相吻合;圆盘在打水漂向前运动的同时由于自身的旋转产生了马格努斯效应,从而使圆盘的运动轨迹产生了一定的侧向偏移以及圆盘自身的姿态发生了侧向偏转.      

载机干扰流场下的内装式空射火箭分离过程仿真

为精确模拟载机干扰流场下的箭机分离过程,综合运用多体动力学和计算流体力学的基本理论,提出了一种基于动力学仿真和数值模拟的仿真方法. 该方法通过建立载机、火箭和稳定伞的全尺寸实体模型,并在ADAMS中施加约束和驱动后进行可视化仿真. 火箭在载机干扰流场中的非定常气动力利用计算流体力学和动网格技术进行仿真计算,稳定伞的气动力通过克希霍夫运动方程进行推导. 针对影响箭机分离的关键因素进行仿真对比分析,结果表明该方法较准确地模拟了载机干扰流场下的分离过程,从而为内装式空射火箭的整体方案设计提供了重要的依据.     

基于察／打一体无人机平台的导弹发射模拟

为研究机载导弹发射过程中载机、导弹之间存在的气动干扰特性和导弹运动规律,采用计算流体力学方法对导弹发射过程进行了数值模拟。结合刚体六自由度运动方程,将运动嵌套网格技术应用于机载导弹发射问题中,通过求解三维非定常Euler方程得到流场信息。应用此方法成功模拟了基于察／打一体无人机平台的导弹发射过程,获得了详细的导弹运动速度、运动轨迹和受力情况等丰富的流场信息。算例表明：运动嵌套网格技术处理具有复杂外形、较大相对位移运动问题的能力,发动机推力的影响,载机、导弹之间的气动干扰影响较小。采用计算流体力学方法和运动嵌套网格技术可为研究导弹发射过程提供参考和依据。     

Study on conditions of internally carried air-launched launch vehicles based on the virtual prototype technology

A method based on the virtual prototype technology simulating the separation of a launch vehicle from its aircraft in the aircraft wake was proposed based on the internally carried air-launched launch vehicle program. In this method, the full-scale model of the aircraft, the vehicle and the parachute are constructed. Then, they are imported into the ADAMS software, constraint solutions and driving forces are then added for visual dynamic simulation. The unsteady aerodynamic forces of the vehicle in the aircraft wake are calculated by CFD and the moving grid technique. The forces generated by the parachute can be derived from the Kirchhoff motion equation. Through comparing and analyzing the simulation results under different launch conditions, it has been proven that this method simulates the separation of a launch vehicle from the aircraft in the aircraft wake accurately. It provides the foundation for the aggregate project of internally carried air-launch vehicles, and offers a new ref- erenced method for multi-body dynamic simulation.     

非均匀来流下飞翼布局气动特性模拟方法研究

飞翼布局的非均匀来流会使得飞翼的流场不均匀,从而影响其气动性能。通过引入"网格速度"来计入非均匀来流的影响,求解非定常Navier-Stokes方程,实现了非均匀来流下飞翼布局气动特性的数值模拟。首先采用该方法对NACA0006翼型非均匀来流下的气动力响应进行了计算,计算结果与文献计算结果吻合良好。进一步对某飞翼布局飞机在非均匀来流下的气动力响应过程进行了数值模拟,得到了不同振荡速度比率下飞翼布局气动力系数随相位角变化曲线,结果表明,振荡速度比率越大,升力响应的幅值越大,非均匀来流对飞行器气动特性影响越明显。     

飞机对连续型大气紊流的动态响应

本文概要介绍作者近年在飞机对连续型大气紊流功率谱非定常动态响应计算方面的部分研究成果.本文在国内外首次将非定常升力面气动技术引入飞机对紊流谱的响应计算中,并建立了飞机响应谱及其统计特性的数值计算方法.计算表明,计入非定常气动力效应是十分必要的.利用本文叙述的方法,对两架假想样机进行了应用性考核计算,给出了考核意见.本文叙述的方法,可作为飞机抗紊流特性设计、分析或考核工具,用于飞机的设计实践.     

船闸闸室灌泄水过程非稳定渗流特性

为了研究船闸闸室在非均质成层地基、灌泄水条件下的非稳定渗流特性,根据渗流基本理论,将渗流分为固结渗流与瞬时稳定渗流。以工程实例为依托,利用有限元软件ABAQUS建立二维渗流模型,模拟船闸灌泄水过程,考虑流固耦合,分析非稳定渗流特性及影响。结果表明,随着灌泄水的周期性变化,测压管水位存在周期性、衰减性与滞后性;在灌泄水过程中,存在泄水、灌水速度零点;泄水末期,非稳定渗流计算的渗透应力沿高程均大于低水稳定渗流计算值,渗透稳定系数降低,发生渗透破坏的可能性加大。因此,在船闸防渗设计中应充分考虑非稳定渗流场的影响。     

基于线模型的复合材料飞机接地网建模与仿真

飞机接地网承担着提供电流返回路径、雷电防护、电磁屏蔽等重要功能,是影响飞机安全稳定运行的重要因素之一。相比于传统飞机的金属机身,飞机机体中复合材料的大量使用,已经使得飞机复合材料区域内的接地网结构发生了改变。为了能够准确量化分析复合材料飞机接地网内的电流分布,通过使用线模型等效代替复杂的接地网结构元件,并基于该线模型搭建了复合材料飞机接地网结构。通过在该结构上注入电流,分析电流频率、蒙皮与接地网结构间的连接材料对接地网结构上电流分配的影响。仿真结果表明,对于大型复合材料飞机接地网结构,在一定频率之前,接地网结构上的电流分配受制于电阻效应,当频率超过一定限值时,接地网结构上的阻抗会大于复合材料蒙皮阻抗,电流分配受制于电感效应。     

飞行器操纵面嗡鸣的非结构网格并行计算方法

为了数值模拟飞行器操纵面的嗡鸣现象,在集群计算机MPI并行计算环境下建立基于三维非定常欧拉方程耦合结构运动方程的嗡鸣计算方法.气动流场求解采用基于非结构网格的中心有限体积法进行空间离散,时间推进采用双时间方法,结构运动方程采用Adams预估校正方法求解.针对翼面与操纵面缝隙间存在的网格运动问题,在非结构网格系统上采用Delaunay图映射方法实现网格的运动变形.最后,使用飞行器操纵面标准嗡鸣计算模型对计算方法进行验证,结果表明:所建立的并行计算方法正确,程序具有很好的计算效率,能够对飞行器操纵面嗡鸣进行高效的数值分析.     

基于FEM与ADAMS的轮胎对整车动态性能的影响

考虑轮胎的材料、几何非线性及轮胎与地面的接触非线性,借助ABAQUS软件建立搬移拖车355/65R15型子午线轮胎的三维有限元模型。轮胎径向刚度仿真计算值与理论估算值结果对比分析验证了该模型的有效性。对轮胎稳态滚动过程中轮胎侧偏、纵向滑移工况进行了仿真分析。在轮胎稳态滚动有限元分析的基础上运用规划求解的方法对轮胎的动力学Pacejka89模型进行参数辨识,并建立基于搬移拖车系列轮胎的不同Pacejka89模型的搬移拖车动力学模型,在相同条件下分析轮胎对搬移拖车整车动态性能的影响,这些研究结果对搬移拖车轮胎的选用及整车动态性能分析提供了一定的参考价值。     

基于源项法的潜艇旋臂试验模拟

为提高旋转导数的预报精度,以结构化网格为计算背景,采用添加动量源项的方法对旋转导数进行预报,将潜艇旋臂试验的数值模拟转化为定常问题进行求解.分别对SUBOFF裸艇和带附体的情况进行计算,并与试验结果进行对比.结果表明,旋转导数的相对误差在9%以内,满足工程预报要求.