基于直升机起降条件的舰船甲板气流场数值模拟

采用三维数值模拟方法对不同风向条件下的船舶外流场进行求解,结合直升机起降条件限制,分析甲板气流场参数变化与风向的关系以及对直升机起降的影响;研究不同停机坪上方气动参数分布及其与上层建筑相对位置的关系。结果表明,船首附近长期受气流绕流的影响不适合直升机起降;右舷来风时,气流绕流上层建筑形成的尾流对甲板大部分区域造成影响,不适合直升机起降;左舷来风时甲板上大部分区域均满足起降条件。     

静止舰船与旋翼干扰流场的数值模拟

直升机着舰时舰船与舰载直升机的流场相互干扰耦合,会对舰载直升机和飞行员的安全产生重要影响。采用计算流体动力学方法,以SFS2简化舰船模型和海豚直升机旋翼模型为研究对象,对静止舰船和悬停旋翼的气动干扰流场开展了数值模拟。研究表明:在旋翼水平方向的着舰过程中,受舰船的地面效应和甲板后缘端面的陡壁干扰影响,流场变化剧烈:在旋翼进入甲板过程中,舰面效应影响逐渐增强,旋翼拉力系数呈增加趋势;在甲板中心位置,由于机库门的阻挡,陡壁干扰影响较大,迫使旋翼的回流靠近旋翼面,造成旋翼下洗流速增加,从而导致旋翼的拉力损失。在旋翼竖直方向着舰过程中,受到持续增强的舰面效应的影响,旋翼拉力系数随高度降低而持续增加。     

多旋翼对舰船甲板流场影响数值研究

为了研究多架直升机同时悬停时对舰船甲板流场特性的影响,采用Fluent软件对直升机多旋翼结构和舰船耦合流场进行数值模拟,分析了不同风向工况下的流场结构、螺旋度分布以及湍动能.结果表明:各旋翼周围的流场参数相互耦合、相互影响;侧风的加入使得流场结构更加紊乱,形成来流、多旋翼与上层建筑之间的混合流场;湍动能超限区域覆盖了整个甲板流场,这对于直升机的起降是非常不利的.     

地面突风对通航飞行器的影响及数值模拟研究

突风一直以来都是危及飞行安全的重要气象要素之一,造成国民经济和人民生命财产的损失。利用常规观测资料、ADWR-X多普勒气象雷达资料和ERA5逐小时再分析资料,对四川盆地西部一次爆发性大风过程中风场的精细化特征、成因及对飞行的影响进行诊断和模拟研究,结果表明：此次大风过程风速增长快,爆发性强。地面风速自午后开始出现4次波动,且每一次波动期间风速峰值呈增加趋势,时间呈缩短趋势。由于第4次波动风速呈爆发性增加,最大瞬时风达到了16.1 m/s,地面风速脉动值超过5 m/s,致使跑道区域内流场的不稳定性增加,起降跑道侧风值超过了中小型飞行器的起降标准。高空动量下传对本次大风过程中风速的爆发性增加起主导作用。中层强偏南气流与低层偏北急流配和,中层辐合以及低层辐散下沉的垂直结构使得低层下沉气流异常强劲,将900～850 hPa的大风核快速向地面传导。通过天气研究与预报(weather research and forecasting, WRF)模式四重嵌套对本次过程进行模拟,表明WRF对盆地西部冷空气补充南下引起的在风速演变趋势、风速最大值和大风影响时段的风向有较好的模拟能力,对飞行起飞和着陆有一...     

不同风速下风力机叶片的振动特性研究

针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明：叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。     

收缩扩张喷管中稀疏颗粒加速运动及喉道优化

直升机、运输机在简易场地起降过程中,发动机可吸入的二氧化硅等微小颗粒,对叶片造成冲击磨损,冲击速度可达200m/s以上。冲蚀试验常采用直喷管加速固体颗粒,在入口总压为0.6 MPa时,颗粒速度难以达到200m/s。为更有效地加速颗粒,采用超音速收缩-扩张喷管,通过数值模拟研究了该喷管对稀疏二氧化硅颗粒的加速运动,并利用实验验证了数值模拟的准确性。在此基础上,对喉道尺寸进行优化以提高喷管对颗粒的加速性能。结果表明:收缩-扩张喷管对颗粒的加速主要发生在扩张段,管内激波不会引起颗粒速度的震荡,颗粒的加速度与气流、颗粒之间的相对速度以及气流的密度有关;在入口总压为0.6 MPa的条件下复现5级砂尘环境,喉道半径为0.001 6m的喷管加速效果最佳,可获得的颗粒速度达到218m/s。     

基于AHP和TOPSIS法的甲板和舰载机悬翼流场质量排序

为能够较便捷地对舰船甲板气流场进行系统评价,采用层次分析法(AHP)确定评估指标权重值,运用基于优劣解距离法(TOPSIS)对舰船甲板流场进行排序,进而分析关键点位置和指标权重值变化对停机坪流场质量评价结果的影响.研究结果表明:该方法可以直接给出不同风速和风向条件下甲板流场质量排序;对于舰船甲板区域,TOPSIS法的评估结果与研究关键点位置的选取有关;对于停机坪区域,改变停机坪中关键点位置和评估指标权重值,不会对TOPSIS法的评估结果产生明显影响,但是运用优化后的各个指标权重计算出的流场优劣特点更加突出.     

风向对舰船甲板流场结构影响的数值研究

为研究风向对舰船甲板上方流场的影响,运用数值模拟方法对舰船甲板上方空气流场进行求解,分析不同风向时舰船甲板流场的流线形态和涡量分布.对流场中的旋涡进行分类,并阐述各类旋涡的产生原因、发展过程与相互作用.研究结果表明:0°风向时,船首分离涡影响甲板前端流场,上层建筑尾涡只影响其正后方小范围甲板区域;+15°风向时,甲板上方流场主要受右侧边缘上洗气流涡与上层建筑尾涡的影响;-15°风向时,甲板上方流场主要受左侧边缘上洗气流涡的影响.     

爆炸冲击波对大型复杂舰船结构毁伤效应数值模拟研究

采用有限元软件针对大型复杂舰船在战略武器大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应进行数值模拟研究.建立某航母结构1∶1有限元模型,采用CONWEP方法施加爆炸载荷,研究舰船的动态响应特征,主要分析爆炸当量、冲击波强度等因素对舰船毁伤模式和甲板变形破坏等级的影响.研究结果表明,随着爆炸冲击波传播距离增加,其强度沿飞行甲板表面以指数形式衰减,沿不同层甲板则呈现近似线性衰减特征.随着爆炸当量和冲击波强度的增加,舰船甲板变形破坏等级逐渐增加,舰船毁伤模式由局部塑性变形毁伤逐渐转变为总纵强度毁伤模式,接触爆炸时还会发生结构破损总纵剩余强度毁伤.在小当量爆炸且冲击波强度超过1.0 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板和机库甲板会随着冲击波超压强度的增加而逐渐失效;在中等当量且冲击波超压强度超过0.2 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板在爆炸后基本失效,机库甲板的功能将受到严重影响;在大当量爆炸且冲击波超压强度达到0.2 MPa时,三层甲板均发生局部区域完全失效.相关研究方法有助于大型复杂舰船结构在大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估.     

基于LQG/LTR的舰载飞机纵向自动着舰控制系统设计

LQG/LTR方法是一种设计优化动态控制器的现代状态空间技术。此方法具有良好的鲁棒性能和解耦特性。运用LQG/LTR方法设计了舰载飞机自动着舰控制器,并在考虑甲板运动和气流扰动的情况下,对纵向自动着舰控制系统进行了仿真设计与分析。系统仿真结果表明,控制系统实现了纵向指令的精确跟踪,具有良好的鲁棒性,满足舰载飞机纵向着舰控制的要求。     

街道峡谷内颗粒物扩散沉积的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟分析了孤立街道峡谷内气流运动和颗粒物的扩散沉积.计算中选取中低来流风速(3,5,10 m/s)和高来流风速(20 m/s),颗粒粒径范围为0.01～10μm.得到了峡谷内气流速度场、颗粒运动轨迹和颗粒在建筑物不同表面及地面上的沉积率.结果表明,颗粒在地面上的沉积率明显高于在建筑物各表面上的沉积率;来流风速一定时颗粒在峡谷迎风面、背风面、建筑物屋顶及地面上的沉积率都对粒径的变化不敏感,中低风速范围内颗粒在建筑物各表面和地面的沉积率都对风速变化不敏感;在峡谷迎风面及地面上,颗粒在高风速下的沉积率明显大于中低风速下的沉积率,而在峡谷背风面及建筑物屋顶上,颗粒在高风速下的沉积率明显低于中低风速下的沉积率;在中低风速下,颗粒在背风面的沉积率高于在迎风面的沉积率,而在高风速下,颗粒在背风面的沉积率却低于在迎风面的沉积率.     

2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程分析

利用MICAPS常规资料、NECP再分析资料、雷达回波资料,对2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程进行诊断分析,资料表明：此次暴雨过程是受副热带高压边缘西南气流和中低层切变线的共同影响,高空槽后带来的冷空气与西南暖湿气流在淮河流域上空交汇,促使不稳定能量爆发,从而产生中小尺度强降水.在新一代天气雷达上,则表现为对流性降水回波,回波呈块状结构,强度大,中心强度为59 dBZ,对流高度12 km .从回波连续演变来看,整个回波云系随着低槽的东移南压,移速25 km/h .径向速度图上,最大负速度入流为-39 m/s,最大正速度出流为24 m/s,入流绝对值远大于出流绝对值,表明测站附近为气流辐合.垂直风廓线图上,最大风速高度6．7 km,最大风速风向198 deg,最大风速18．0 m/s,表明高层有西南气流加入,在4．6 km高度附近有一个明显的垂直切变线.     

废旧塑料薄膜混合物风选参数研究

针对废旧塑料薄膜的特性,对气流场中塑料颗粒进行受力分析,得到了塑料混合物的运动规律,建立了其在气流场中水平和竖直位移运动方程;运用MATLAB工具研究了风速气流倾角参数对运动轨迹的影响,确定了塑料混合物分选的最佳风速为10m/s,最佳气流倾角为10°,为塑料复合分选中的振动分选奠定了基础.     

基于恒风速虚拟风洞实验的碟式太阳能聚光器风动载荷

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器风动载荷进行仿真分析。研究结果表明:在靠近来流方向处碟式太阳能聚光器总压力较大,而远离来流方向处其总压力相对较小,且碟式太阳能聚光器反射面的最大压强随恒风速的增大而不断增加;当风速由v=15 m/s增大到v=25 m/s时,碟式太阳能聚光器所受风力和风力矩的最大幅值至少增加了110%。     

夏季风下的太湖风场-流场野外观测研究

为研究太湖风场特征、湖流特征以及不同类型风场对太湖湖流的影响,在太湖不同区域布设6台多普勒剖面流速仪和4座气象站,获取同步流场和风场数据,分析夏季风与湖流流场的关系。结果表明:(a)风场方面,空间分布具有不均匀性,各观测点间风速差异较大,各观测点间风向随风速减小而差异扩大化。(b)太湖流场具有明显的风生流特征:空间上,大风(时段平均风速在6.7 m/s以上)情况下,西部湖区出现逆时针环流,湖流分层不明显;小风(时段平均风速在3.8 m/s以下)情况下,没有明显的环流出现,上、下层湖流分层明显,各层流向相对稳定但不相同,补偿流发育。(c)流速方面,10 cm/s以下流速比率90%以上,局部区域水流速度在强风条件下可达20 cm/s。     

舰载直升机“舰面共振”动力学分析

为了解舰载直升机舰面开车状态的动力学特性,以某舰载直升机为研究对象,建立了全机多体动力学模型、起落架液压缓冲系统模型和旋翼减摆器液压模型,进行了全机"舰面共振"动力学仿真分析。研究了舰船横摇角、舰船运动周期、旋翼液压减摆器参数对直升机"舰面共振"稳定性的影响。结果表明:在"舰面共振"状态,旋翼液压减摆器节流孔参数对舰载直升机机身振动幅值有较大的影响,随着减摆器节流孔孔径的增大,机身振动幅值大幅增加,直升机不稳定转速区扩大;舰船运动周期对机身振动幅值和不稳定转速区几乎没有影响;在不稳定转速区之外,舰船横摇角对机身振动稳态响应幅值的影响较明显。进入不稳定转速区后,由于自激振动影响,机身大幅振动,舰船横摇角对机身振动幅值的影响不再明显。     

平行气流真菌孢子释放强度试验研究

真菌是室内环境中普遍存在的空气微生物污染物,可对人体产生许多危害.采用自行开发的平行气流真菌孢子释放强度测定装置(PAFST),测量了5种典型风速下,4种常见真菌孢子柑桔青霉(Penicillium citrinum)、扩张青霉(Penicillium expansum)、黑曲霉(Aspergillus niger)和枝孢属(Cladosporium Spp.)在3种材料表面的释放强度.结果表明气流的作用形式是影响孢子释放强度的主要因素;在琼脂表面,风速0.9m/s时,柑桔青霉的释放强度为(7±9)个/cm2;枝孢属在风速4.7m/s时,释放强度为(50±35)个/cm2;在无纺布表面柑桔青霉和扩张青霉的最小释放气流速度是0.3m/s,黑曲霉是2.4m/s,枝孢属为9.4m/s;当达到孢子释放最大强度时,风速增加释放强度将不再增大.     

风场对江淮地区颗粒物的影响分析

文章根据江淮地区气象资料和污染物质量浓度资料,分析风向、风速等气象要素对颗粒物质量浓度的影响。研究发现,江淮地区受PM_(2.5)污染程度高于PM_(10)。春季各风向所占比例较均匀,风速适中,较好的扩散条件使得空气优良比例居多;夏季主导风向转为东风至南风,携带较清洁西太平洋暖湿气流,使得空气优良比例较多;秋、冬季西北、北、东北风向所占比例较高,不良扩散条件和气流输送使得空气污染比例增高,占比达到55.6%。颗粒物对风速敏感程度分析研究表明,春、夏、冬季敏感风速较大,秋季较小;春、夏、冬季皖北与沿江城市的颗粒物对风速敏感程度较小,敏感风速为5.0～5.7 m/s,需要较大风速才具有强扩散和稀释能力;江淮之间及皖南对风速敏感程度较大,敏感风速为2.2～3.0 m/s,具有相对较好扩散和稀释能力。对一次典型污染过程的研究发现,风对空气污染过程起到促进作用,风速为2.0～4.0 m/s的偏北风将北方颗粒物运输至江淮地区,且主要为高空传输。     

高风速下腐蚀翼型的气动特性研究

外场工作风力机叶片会受到环境腐蚀,导致风力发电机气动性能下降,发电效率降低.为研究腐蚀翼型的气动性能变化,建立9种腐蚀模型,计算4种风速(30m/s、35m/s、40m/s、45m/s)下腐蚀翼型的气动性能,分析翼型形状与腐蚀位置的变化对翼型气动性能的影响.数值模拟结果表明来流风速与翼型的升阻力成线性关系;S803翼型...     

气流对工业火炬火焰稳定性影响的研究

为了明晰工业火炬头在气流作用下容易烧坏的原因,建立了火炬头湍流燃烧模型,采用DES(detached eddy simulation)方法对直径D=100 mm的火炬头在风速U=20 m/s时的燃烧情况进行模拟。对流项和扩散项均采用二阶迎分格式离散,压力速度耦合采用SIMPLE算法。研究表明:①冷流流场中CH4的混合和输运过程受火炬筒体背风面形成的大涡控制;②燃烧流场中燃烧过程也受火炬筒体背风面形成的大涡控制;③空气绕流火炬筒体在其背风面形成的涡是火炬头容易烧坏的主要原因。