可变形儒可夫斯基翼型非定常气动力的研究

对于翼面变形法向运动速度远小于来流速度的儒可夫斯基机翼,将解析解和离散涡方法相结合计算变形机翼的流场及非定常气动力,较详细地分析了变形机翼升力系数的准定常计算方法的误差来源,并给出修正方法.计算结果显示脱落涡尾迹对升力系数和机翼绕流环量的影响很小,变形机翼升力系数准定常计算方法的误差丰要来源于流体非定常运动引起的虚拟质量力,该非定常附加升力仅与当前时刻飞行姿态及翼犁形状和变形速率有关,与具体的变形历史过程无关,变形机翼的升力近似等于准定常计算结果叠加上相应的虚拟质量力.     

一种基于边界积分方程的隐式翼型反设计算法

本文由边界元方法出发,将适用于单连通空间Laplace问题的边界积分方程推广到带环量的多连通空间中,并对离散边界积分方程中的矩阵元积分式解析化,以避免在翼型尾缘处尖点附近直接利用数值积分计算矩阵元导致的数值振荡,对于以翼型表面压力分布为收敛目标的反设计问题,利用Newton- Raphson迭代求解满足该目标压力的非线...     

变厚度翼型的非定常气动力模型降阶及影响分析

建立了基于Kriging代理和递归算法的变厚度翼型气动力降阶模型,将滤波的高斯白噪声作为输入信号,采用计算流体力学(CFD)方法获得不同厚度下翼型的非定常气动力并将其作为降阶模型的训练样本.该降阶模型不仅大大提高了非定常气动力的计算效率,而且其预测得到的非定常响应的精度不低于92.01％.通过蒙特卡洛法的变厚度翼型全局灵敏度分析表明,俯仰运动是影响气动力波动的主要因素,俯仰与沉浮位移的耦合对气动力影响很小.考虑翼型变厚度时对翼面压力及分离点的影响,本文建立了压强系数的降阶模型.通过与CFD结果的对比,得到其精度为99.9995％,验证了降阶模型的正确性和有效性.     

亚音速气流中复合材料悬臂板的非线性振动响应研究

随着材料科学的发展,越来越多的新型材料应用到了工程实践中.在气流激励的作用下,对于以航空航天工程为背景、采用复合材料的板壳结构的非线性动力学问题仍是动力学领域的研究热点.本文研究了复合材料悬臂板在亚音速气流条件下的非线性振动和响应.根据理想不可压缩流体的流动条件和 Kutta--Joukowski升力定理,基于升力面理论,利用涡格法计算了三维有限长平板机翼上的亚音速气动升力.将亚音速气动力施加到复合材料悬臂板上,利用Hamilton原理,考虑Reddy三阶剪切变形理论并引入冯$cdot$卡门非线性应变位移关系,建立了有限长平板的非线性动力学微分方程.利用有限元方法考察了不同几何参数下层合板悬臂板的固有特性,通过比较不同材料和几何参数的线性系统的固有频率,得到不同比例的内共振关系.利用Galerkin方法将偏微分方程截断为两自由度非线性常微分方程,在这里考虑了1:2的内部共振关系并利用多尺度法进行了摄动分析.对应多个选取参数,得到了频率响应曲线.结果展示了硬化弹簧型行为和跳跃现象.     

亚音速气流中复合材料悬臂板的非线性振动响应研究

随着材料科学的发展,越来越多的新型材料应用到了工程实践中.在气流激励的作用下,对于以航空航天工程为背景、采用复合材料的板壳结构的非线性动力学问题仍是动力学领域的研究热点.本文研究了复合材料悬臂板在亚音速气流条件下的非线性振动和响应.根据理想不可压缩流体的流动条件和 Kutta--Joukowski升力定理,基于升力面理论,利用涡格法计算了三维有限长平板机翼上的亚音速气动升力.将亚音速气动力施加到复合材料悬臂板上,利用Hamilton原理,考虑Reddy三阶剪切变形理论并引入冯$cdot$卡门非线性应变位移关系,建立了有限长平板的非线性动力学微分方程.利用有限元方法考察了不同几何参数下层合板悬臂板的固有特性,通过比较不同材料和几何参数的线性系统的固有频率,得到不同比例的内共振关系.利用Galerkin方法将偏微分方程截断为两自由度非线性常微分方程,在这里考虑了1:2的内部共振关系并利用多尺度法进行了摄动分析.对应多个选取参数,得到了频率响应曲线.结果展示了硬化弹簧型行为和跳跃现象.      

相对弯度对低雷诺数流动中翼型动态气动力特性的影响

以固定翼微型飞行器为研究背景,研究了相对弯度对低雷诺数流动中翼型动态气动力特性的影响规律。采用Roe迎风差分格式和双时间步迭代方法,数值求解拟压缩性修正不可压Navier-Stokes方程组,给出了数值算法与实验数据的对比验证。以翼型弦长为特征长度,在Re=500~50000情况下,选取不同最大相对弯度和不同最大相对弯度位置的翼型,计算了其等速上仰时的动态气动力,结果表明后者对气动力的影响比较显著,把最大弯度位置布置在翼型弦向40%的地方要比布置在30%和50%两处所获得的动态升阻比大。     

叶轮机中振动叶片非定常气动力的研究

采用“单一叶片振动方法”代替传统的“全部叶片振动方法”，用线性化的方法推导出计算振动叶片非定常气动力（引起叶片弯曲振动）及力矩（引起叶片扭转振动）方程。通过输入叶型及气流参数，它可以方便有效地估计出作用在振动叶片上的非定常气动力和力矩，以及振动叶片不稳定工况发生的条件和范围。并在氟里昂超音速风洞上进行了实验测量，结果表明，理论计算结果与实验测试结果符合较好。     

基于随机森林算法的非定常气动力建模研究

针对现有的非定常气动力建模方法对气动弹性预测的准确性和效率问题,将随机森林算法引入非定常气动力建模研究领域,构建了基于随机森林算法的非定常气动力降阶模型。将所得模型用于预测气动弹性,选择二维NACA0012翼型进行颤振边界的预测,选用NACA64A010翼型预测LCO特性,并说明了该降阶模型建模的详细过程,将其计算结果与CFD/CSD耦合计算结果及试验结果进行了对比。研究结果表明,该模型可行、高效且精确,可以快速准确地预测飞行器气动弹性特性。     

气体模型对再入飞行器气动力热环境影响的数值研究

复杂外形再入飞行器的设计,需对气动力热环境进行预测,由于不同的气体模型会对预测的结果产生影响,所以气动设计时就必须考虑这一影响.采用热化学平衡气体模型和双温度热化学非平衡气体模型对复杂外形再入飞行器的气动力热环境进行了数值计算;分析了气体模型对气动力、壁面热流等值线、驻点线平动温度、振动温度、组分质量分数等特征量的影响...     

多段翼型缝翼流动速度的定常和非定常特性研究

用热线风速仪研究多段翼型前缘缝翼在不同条件下流动速度的定常性和非定常性.结合多段翼型定常流动Navier-Stokes方程数值模拟的结果,分析了迎角、后缘襟翼参数(偏角、缝道宽度、搭接量)对缝翼定常和非定常流动速度的影响规律.研究结果表明:在缝翼后缘处,流动分为缝道加速流动区、缝翼尾流区、缝翼上表面以上的主流区;缝翼尾流区流动速度非定常性主要表现在中低频率范围(2kHz以下),而缝道加速流动区和缝翼上表面以上的主流区流动非定常性常表现出高频特性(2kHz以上);在失速前随迎角增加,或者当襟翼偏角从20°向30°增加时,缝道流动加速,槽区涡减小;缝翼槽区涡形成和振荡是中低频率范围流动非定常性的机理,而缝翼鼻尖脱落涡是缝翼槽区涡振荡的激励因素.     

翼型连续变形过程中非定常气动特性研究

可变形飞行器的优越性,使其成为近年来研究者关注的热点。当前对于可变形飞行器气动方面的研究工作主要集中于采用数值模拟或风洞实验,开展可变形飞行器气动布局概念和不同变形模态气动特性研究,而关于连续变形过程中非定常气动特性的研究则很少,几为空白。本文在无粘不可压(Ma=0.2)流场中,数值模拟了儒可夫斯基翼型连续改变厚度、弯度所引起的气动特性变化,分析了不同变形幅度、变形速度以及变形加速度对非定常升力系数的影响情况,这也为以后的三维数值模拟提供了基础。     

Effect of Volume Energy Supply on the Stability of a Subsonic Vortex Flow

Calculations of the stability of an axisymmetric vortex flow of viscous heat-conducting gas with volume energy supply are presented. The unperturbed axisymmetric vortex flow was found numerically using a quasi-cylindrical approximation of the Navier-Stokes equations under the assumption of constant peripheral-velocity circulation in the ambient co-current flow. The volume energy supply in the viscous vortex core was modeled by an additional source term in the energy equation. The stability characteristics of the viscous vortex flow in a longitudinal vortex with respect to both axisymmetric and non-axisymmetric three-dimensional waves traveling along the vortex axis and corresponding to both positive and negative values of the azimuthal wave number were found using the time-dependent formulation of the linear stability theory for compressible three-dimensional plane-parallel flows.     

Criteria for the Separation of Unsteady Ideal Fluid Flow past a Smooth Airfoil

Criteria for the separation of unsteady flow past a closed smooth airfoil are studied using the ideal fluid model and the Brillouin-Villat criterion. The necessary separation conditions are formulated. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 47, No. 1, pp. 74–81, January– February, 2006.     

Mathematical Modeling of Time-Dependent Aerodynamic Loads on an Airfoil with Dynamic Deflection of a Control on the Trailing Edge

The linear problem of the time-dependent inviscid flow past a thin symmetric airfoil with a control on its trailing edge deflected in accordance with an arbitrary law is considered. The aerodynamic loads on the airfoil are calculated. The intensity of the vortex wake shed from the airfoil is determined by numerically solving a Volterra integral equation of the first kind. Questions of the mathematical modeling of the time-dependent aerodynamic loads in a form convenient for the joint solution of the problems of aerodynamics and flight dynamics are also considered. The results of the modeling are compared with the numerical solutions obtained.__________Translated from Izvestiya Rossiiskoi Academii Nauk, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 3, 2005, pp. 157–169.Original Russian Text Copyright © 2005 by Khrabrov.     

Some Aspects of the Lift Force on a Spherical Bubble

Several situations in which a spherical bubble experiences a lift force are examined, especially through the use of computational results obtained by solving the full Navier–Stokes equations. The lift force is computed over a wide range of Reynolds number for the case of pure shear flow, pure strain and solid body rotation. Using these results, the validity of asymptotic solutions derived in the limit of low Reynolds number or inviscid flow is discussed. A general expression of the lift force valid for low to moderate shears is proposed. It is shown that for such shears, the lift force in a complex flow can be predicted by superposing the results obtained in pure strain flow and solid body rotation flow. Finally, the interaction force experienced by two bubbles rising side-by-side is studied. The computational results reveal that, at variance with the predictions of potential theory, the sign of this force changes when the Reynolds number or the separation distance between the bubbles decreases below a critical value. All these results are discussed in terms of vorticity. The respective role played by the vorticity generated at the bubble surface and by the one that is eventually present in the unperturbed flow is emphasized.     

高亚声速运输机后体减阻措施研究

为了降低高亚声速运输机的阻力,改善飞机的气动性能,本文在某一典型运输机机身外形的基础上,研究了后体参数和涡流发生器对机身后体流场及阻力的影响。通过数值模拟计算,得出了不同外形的后体流态分布及阻力特性数据。结果表明,小的上翘角和收缩比、大的扁平度和长细比能够显著地减小压差阻力,而涡流发生器能够有效地减小摩擦阻力。该结果可为后续的型号研制提供参考。     

Study of the Effect of the Depth of the Cavity of a Braking Device on the Aerodynamic Drag of a Model in Transonic and Supersonic Flow

The flowfield and the aerodynamic drag of a model consisting of a pair of bodies (leading body a cylinder and trailing body a hollow cylinder) connected by a cylindrical bar along the axis of symmetry is experimentally investigated at Mach numbers ranging from 0.6 to 1.7. In the course of the experiments, the trailing body cavity depth and the connecting bar length were varied.__________Translated from Izvestiya Rossiiskoi Academii Nauk, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 2, 2005, pp. 186–192.Original Russian Text Copyright © 2005 by Pilyugin and Khlebnikov.