飞机对离散突风的动态响应

本文主要叙述飞机对离散突风的非定常动态响应数值计算法.对两架样机的计算表明,通常飞机设计中选用统一缓和因子的方法是不全面的.使用本方法可以计算出飞机对任意形态离散突风响应过程中的所有非定常气动力参数和飞行状态参数.它不仅能考核已有飞机的抗紊流能力,还可对新飞机的设计提供选择参数的指导性意见.计算还表明,在研究、分析飞机对高频离散紊流的动态响应时,使用本文介绍的非定常气动力技术,也是十分必要的.     

亚音速非共面机—尾翼组合体的非定常气动力计算法

本文以非定常涡环速度势函数为基本解,应用时间历程方法,计算非共面机一尾翼组合体的非定常气动力性能.这为飞行器的设计及其非定常气动特性分析提供了一种有效和完善的计算方法.本文介绍的方法,特别适用于研究、分析各类飞行器非定常动态响应过程的数值计算.本文作者将在后续文章中,进一步介绍本计算法在飞机对大气紊流(离散突风和连续紊流)非定常动态响应研究中的应用情况.     

飞机对大气紊流响应的谱分析

飞机在大气中飞行,受到大气本身运动的影响。本文在已知大气紊流的数学模型(由规范确定)情况下,对于如何求飞机的响应,讨论了用频率响应函数求解的方法,并对纵向谱响应进行了具体的计算。     

飞机着陆冲击响应谱分析

相比大多文献采用的改进递归滤波器方法,利用拉普拉斯定理建立的冲击响应谱(SRS)模型,其物理意义更明确,易于工程人员理解应用。利用斜波响应不变法得到了冲击谱数字滤波器系数,编写了冲击响应谱计算软件。利用典型的冲击脉冲信号对软件进行了算法验证,最后利用软件对固定翼飞机着陆数据进行了冲击响应谱计算和分析。结果表明,该软件可以快速、精确的计算出冲击响应谱,为准确评估机载设备的抗冲击特性,以及减振防冲设计提供了便捷的工具。     

束解非定常方柱绕流的可变周期时间谱方法

针对周期性非定常流动特点,采用时间谱方法求解了无限大区域内低雷诺数下二维不可压缩层流绕方柱流动问题.由于方柱绕流的非定常运动周期事先未知,在计算过程中加入了基于残差梯度的可变周期计算方法,使变量和周期可以同时迭代计算.研究了时间谱方法的计算精度和求解速度,分析了不同求解参数对最终结果的影响.计算结果表明,时间谱方法可以准确地模拟方柱后漩涡的非定常运动现象,而计算所需时间只是传统的基于有限差分的双时间推进方法的10%～25%,流体非定常运动的Strouhal数和方柱的阻力特性证实了这种方法的正确性.可变周期计算方法对求解参数的变化不敏感,可以准确地预测运动周期.     

气动力作用下旋转叶片的动力特性研究

气固耦合振动是叶片振动的影响因素之一,为了了解旋转机械中叶片在气流作用下的动力特性,使用CFX和ANSYS分别求解流场和结构响应.探讨了叶片在气流激励下的耦合计算方法,将旋转叶片与气流作为一个系统进行气流场与固体弹性结构的瞬态动态响应计算.建立了一个旋转叶片流道模型,对气流场进行全场三维非定常瞬态求解,将非定常气动载荷引入旋转叶片有限元结构计算中,得到叶片在不同转速下的强迫响应,并对其响应位移变化进行分析比较.结果显示在非定常条件下,叶片的不稳定范围位于固有频率附近.此研究为工程上对旋转叶片的动力响应预估和研究提供了一个可行的方法.     

收一扩喷管内二维紊流的数值研究

本文应用隐式有限差分理论对喷管内二维紊流流动进行了数值求解．采用了贴体曲线坐标系统，代数紊流方程模化紊流，整个流场用时间推进迭代方法获得．研究表明，控制方程右端粘性项矢是主变量欠的一个线性函数．文中所提供的计算方法与计算结果将为三维非定常计算打下基础．     

部分流泵非定常流动分析

在设计工况下采用滑移网格技术对部分流泵进行了整机非定常流动数值计算,分析了叶轮、蜗壳内典型的非定常流动规律.计算表明:部分流泵内流的非定常特性明显,蜗壳喉部尤为剧烈;瞬时扬程的变化是由于叶轮与蜗壳喉部强烈的非定常流动特性所决定的,只有采用非定常计算方法才能反映其内流的实质.该计算为进一步研究部分流泵的内流现象、提高效率、减少水力损失提供了一定的理论依据.     

涡轮轮缘密封非定常主流入侵特性的数值研究

采用附加示踪变量的方法,通过数值求解URANS和SST紊流模型的方法研究了轮缘密封非定常燃气入侵特性和封严效率,计算了不同冷气量下定常和非定常时均径向轮缘密封的封严效率,并与实验值进行了比较,验证了非定常数值方法研究轮缘密封燃气入侵特性的有效性,对比分析了径向和径向-轴向轮缘密封中等冷气量下定常和非定常的燃气入侵特性。结果表明:静叶尾迹和动叶前缘附近的压力势场的非定常干涉效应及盘腔中非定常的压力分布会强化主流燃气入侵;相比非定常计算,定常分析会低估轮缘密封的燃气入侵量及燃气入侵对盘腔流场的影响;相比径向轮缘密封,径向-轴向轮缘密封可以显著提高涡轮盘腔的封严效率。     

收—扩喷管内二维紊流的数值研究

本文应用隐式有限差分理论对喷管内二维紊流流动进行了数值求解。采用了贴体曲线坐标系统，代数紊流方程模化紊流，整个流场用时间推进迭代方法获得。研究表明，控制方程右端粘性项矢是主变量矢的一个线性函数。文中所提供的计算方法与计算结果将为三维非定常计算打下了基础。     

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。     

飞机机翼积冰表面粗糙度研究

本文对飞行过程中的飞机机翼积冰过程的数值模拟中的粗糙度计算提出了改进。此方法结合S-A湍流模型中改进的积冰表面粗糙度计算,对飞机机翼积冰过程进行了数值模拟。为验证方法的效果,本文计算了NACA0012翼型的积冰情况及对气动特性参数的影响,计算结果与试验数据结果进行了对比．并与目前国际上广泛采用的经验公式计算粗糙度的方法进行了对比讨论。结果表明改进的方法和文献中的试验数据吻合良好。     

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.     

紊流风场中桥梁气动导数的识别

提出一种在紊流风场中识别桥梁断面气动导数的新方法，根据随机减量的原理，从风洞中桥梁节段模型的随机响应中提取自由振动信号，再利用时域法对桥梁断面的气动导数进行了总体时域识别，数值仿真结果表明，这一方法具有较高的精度。     

基于PSO的自抗扰飞行控制律参数优化方法

提出了一种基于粒子群优化(PSO)的自抗扰(ADRC)超机动飞行控制律参数优化方法.分析了自抗扰超机动飞行控制律的参数取值和调节问题,讨论了扩张状态观测器(ESO)中非线性函数的系数对系统性能的影响,并给出了系统的性能指标函数.在给定的参数范围内,采用标准的PSO算法对ESO中非线性函数的系数进行了参数优化,优化结果表明:这种算法可以按性能指标搜索到近似的最优参数.采用该算法得到的参数对超机动飞行控制律进行了数字仿真.仿真结果表明:控制律具有良好的动态和稳态性能,该参数优化方法是有效的.     

飞机纵向非定常气动力建模与辨识

针对目前预测非线性非定常气动力状态空间模型求解复杂,考虑因素少的问题,提出了新的气流分离模型,建立了整合动态和静态气流分离特性并具有迟滞特性的非定常气动力模型。与传统的非定常气动力模型相比,该模型不用完成复杂的微分计算,降低了因微分计算造成的误差;同时,模型引入了新的影响因素-俯仰角速率,使模型物理意义更加明确;最后根据快速振荡风洞试验数据进行验证,结果表明:该非定常气动力模型能够描述气动力的迟滞特性,很好地拟合了风洞试验数据。     

基于分离涡方法的标准CAARC模型流固耦合风致响应分析

为了研究流固耦合效应对高层建筑结构的风致响应影响,以标准CAARC高层建筑模型为研究对象,基于CAARC模型的物理特性建立了气弹性模型,用一种新的湍流脉动流场产生方法(DSRFG)生成入口湍流,采用分离涡方法对该建筑进行了单、双向流固耦合数值风洞模拟。将模拟结果与风洞试验结果进行对比,结果表明：结构的气弹特性与风洞吻合,分离涡方法在模拟非定常风场有较强的适用性和准确性。考虑了流固耦合的双向有限元模型与未考虑流同耦合的单向有限元模型,在流场和风致响应方面均有较大差异,流场方面,双向模型比单向模型有着更广泛的近尾流区域;响应方面,除阻力系数外,双向模型较单向模型响应有减小趋势,其中结构顺风向也更易受流固耦合效应影响。在较低的结构阻尼下,耦合效应产生的气动阻尼对结构响应影响较大,高层建筑流固耦合效应不可忽略。     

高超声速飞行器气动耦合分析及协调控制研究

为解决高超声速飞行器姿态运动之间存在的强耦合问题,针对飞行器的气动耦合进行分析,并在此基础上设计了削弱气动耦合的姿态协调控制器。在分析高超声速飞行器状态三通道气动力矩之间的关系基础上,运用动态方程的耦合分析方法得到三通道之间气动耦合关系,求解出耦合度矩阵,引入耦合熵的概念,根据耦合熵判断耦合是否可忽略,并对飞行器姿态协调滑模控制器进行了设计。仿真结果表明,所设计的控制器可有效削弱飞行器三通道之间的气动耦合,在保证姿态稳定的前提下提高系统的动态响应能力。