翼梢小翼若干几何参数对翼尖涡流场的影响研究

为解决使用CFD方法研究翼尖涡流场时存在的传统湍流模式难以准确计算翼尖涡的强旋流场的问题,本文使用添加旋转修正的SST-RC模式计算了光滑机翼的翼尖涡流场,并通过与实验结果进行对比,验证了该模式对于翼尖涡流场的有效性。然后使用该模式计算了翼梢小翼后的翼尖涡流场,发现翼梢小翼作为一种涡扩散器能够将原来强度集中的翼尖涡破碎分解成两个旋涡,这两个旋涡互相作用,加速了翼尖涡的粘性耗散。通过改变小翼的三个几何参数:根弦长Cr、倾斜角θ、外撇角,计算了不同外形翼梢小翼后的翼尖涡流场,同时引入一个翼尖涡的强度尺度S,考察S在尾缘下游的分布,发现添加小翼后S普遍下降了10%~20%。改变小翼根弦长对S的衰减影响不太明显,不同根弦长对应的S值相差2%~4%,Cr=0.7c时效果最佳;改变小翼倾斜角θ对S的影响在初始时差别较大,不同倾斜角对应的S相差约9%,在下游后期S差别较小,相差约3%,θ=20°时效果最佳;与倾斜角θ类似,改变小翼外撇角对S的影响在初始时差别较大,不同外撇角对应的S相差约10%,在下游后期S差别较小,相差约1%,=5°时效果最佳。     

翼梢小翼高度影响综合研究

利用有限体积法离散求解雷诺平均Navier-Stokes方程以及气动和结构耦合计算了带2种不同类型翼梢小翼(融合式和鲨鳍式小翼)的翼身组合体构型.重点研究了小翼不同高度对飞机升阻比、机翼压力中心移动量、重量以及颤振特性的影响规律.研究结果表明,因小翼高度增加而带来的结构重量远远低于其有效载重的增量;因小翼高度增加而带来的颤振临界速度的降低在安全余量的范围内是可以调整的.因此,在设计小翼时与结构、重量和颤振的权衡中,建议高度的选择尽量优先满足纵向的升阻特性,以发挥其减阻潜力.     

机翼上反角对纵向气动特性的影响研究

利用有限体积法离散求解雷诺平均 Navier-Stokes方程,计算了具有不同机翼上反角的翼身组合体构型;着重研究了机翼上反角对纵向升阻、俯仰力矩特性的影响规律;并通过展向压力分布的对比,首次从机理上对这种影响进行了探索解释,为气动布局机翼安装参数的设计提供了思路和参考.研究结果表明:由于上反角主要改变了弦向前50%部分的压力分布,所以机翼上反角越大,前缘上表面吸力峰与下表面正压力下降越多,激波向前移动越大、强度更弱,从而升力、阻力、升阻比均减小.本文在上反角小于9°范围内,上反角每增加1°,升力系数降低0.005,阻力系数降低0.0002,升阻比降低0.04,俯仰力矩导数降低0.001,典型剖面压力最小值降低1%,激波位置前移1.6%.     

三角翼动态大迎角气动力特性数值分析研究

采用数值计算方法,对三角翼从 0°上仰至 90°的动态流场和气动力特性进行了计算,并对俯仰角速度对三角翼流场和气动力特性的影响进行了计算分析。给出了三角翼纵向动态情况下的气动力系数变化,特别是大迎角横侧力矩系数的变化特征。结果表明,随着机翼俯仰角速度的提高,前缘分离涡破裂位置相对滞后,机翼升力和阻力系数明显增加,机翼抵抗旋涡非对称破裂的能力明显增强。     

充气式机翼弯矩预测公式的建立与实验验证

基于对充气机翼翼尖加载时机翼发生纯弯曲变形过程中功能转换关系的分析,建立了充气机翼发生纯弯曲变形时的弯矩预测公式,该式表明：机翼翼尖处加载载荷越大、长度越长,机翼翼尖变形量越大,并且翼尖变形量与翼尖加载质量、机翼长度呈线性对应关系;充气压强、翼型截面积越大,翼尖变形量越小,并且翼尖变形量与充气压强和翼型截面积呈反比例函数关系。为验证理论分析结果的正确性,本文进行了NACA0012翼型充气机翼的翼尖载荷实验。实验结果表明：理论计算值与实验数据之间的误差都在10%以内（理论计算值略小）;并且在小压强、大加载时由于机翼弯曲最明显、机翼伸长量最大,误差也最大,但总体上理论计算结果与实验结果基本一致。     

考虑流固耦合效应的某飞行器力学性能分析

考虑流固耦合效应,研究了飞行器在服役状态下的力学特性。本文采用了一种基于CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structure Dynamics)耦合的高精度通用静气弹求解器,该求解器可以同时分析飞行器结构的表面气动性能和结构的力学性能,对某一翼身组合体模型进行了静气弹分析,得出弹性飞行器和刚性飞行器的气动压力变化以及结构的应力分布。建模时流体和结构模型都使用翼身组合模型,且都考虑机身的影响。结果表明:发生静气弹变形后,飞行器的升力系数、阻力系数、力矩系数都相应下降;机翼翼根附近会产生较大的应力分布;当飞行器尤其是机翼表面受到弯矩、扭矩以及气动压力的共同作用时,翼根附近会出现复杂的应力分布状态。这说明在静气弹性分析中,机身的建模也是很有必要的。     

小长径比弹丸加装大展弦比尾翼的气动特性研究

为了提高小长径比弹丸射击质量,设计了一种大展弦比张开式尾翼,采用AUSM+格式、SST(shearstress transport)湍流模型和隐式算法(lower-upper symmetric Gauss-Seidel implicit method, LU-SGS),求解三维RANS 方程,对前体形状完全相同,不同展弦比的3 种尾翼弹进行了数值模拟,得到了三者在马赫数1.5~3.5 下的气动力特性的差异,分析其原因,并给出了不同展弦比张开式尾翼的适用范围. 计算结果表明:C型弹的升阻比较B 型弹在1.5 马赫数区域附近增加了7% 以上,当马赫数达到2.5 以上时,A 型弹的升阻比大于B 型弹和C 型弹,在3.5 马赫数区域附近A 型弹的升阻比较B 型弹增加了5.4% 以上. 3 种弹丸的俯仰力矩系数随着马赫数的增大而负向减少,且减少的趋势随着展弦比的增加而增大. A 型弹、B 型弹、C 型弹的静稳定裕度的变化范围分别为4%~20.3%,8.5%~23.2%,11.4%~25.6%.     

基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究

针对直升机旋翼反流区因反流动态失速导致的非定常载荷、阻力激增以及负升力等问题,开展了基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究.采用动态压力测量结合翼型表面压力积分的方法,重点分析了后缘小翼不同的振荡相位差、幅值和减缩频率对反流动态失速控制的影响规律,对比了后缘小翼动态偏转和固定偏转的差异,试验雷诺数Re=3.5×10⁵.结果表明,当后缘小翼与翼型以相同的频率正弦振荡运动,且二者的相位差为0°时,能改善反流动态失速过程中钝几何前缘的流动分离,并在反流状态下实现了翼型负升力系数下降21.2%,阻力系数下降37.5%,俯仰力矩系数迟滞环面积下降44.6%的控制效果;动态偏转的后缘小翼对翼型反流动态失速的控制效果随后缘小翼振荡幅值的增加而增加,但进一步增加振荡幅值对于控制效果的提升有限;当减缩频率增加时,动态偏转的后缘小翼对反流状态下翼型阻力的控制效果会更加明显;后缘小翼的动态偏转与固定偏转都能有效改善翼型在反流中的动态气动性能,但是动态偏转对于不同翼型迎角的适应能力优于固定偏转,并取得了更好的非定常载荷控制以及更好的阻力和负升力改善效果.     

鸭式旋翼/机翼飞机悬停及小速度前飞气动干扰实验研究

鸭式旋翼/机翼飞机是一种新概念可垂直起降高速飞行器,为了解该飞机在悬停及小速度前飞时的全机气动干扰特性,在南京航空航天大学开口风洞中进行了飞机全机气动力实验,实验采用多台测力天平分别测量主机翼和机身的气动力.结果表明,悬停时受主机翼高速旋转产生的下洗尾流影响,机身产生了较大的法向力和低头力矩;前飞时下洗尾流对机身的法向力和俯仰力矩有比较严重的干扰,对滚转力矩和偏航力矩干扰较小,对侧向力有一定影响.实验结果为飞机的飞行动力学特性研究以及控制律设计提供了参考.＃     

基于弯扭组合梁元的多段折叠翼离散突风响应

基于弯扭组合梁元对大展弦比多段折叠翼的离散突风响应特性进行了研究。首先，将平面一般梁元叠加扭转自由度得到一种新的弯扭组合梁元，建立包含折叠角参数的缩减有限元模型。其次，对片条理论进行修正以得到不同折叠角度下弯扭组合梁元上的气动力，构建多段折叠翼在离散突风作用下的动力学方程。最后，引入Laplace变换处理动力学方程中的积分微分项，得到折叠角对翼尖加速度、翼根弯/扭矩等响应的影响。一个近地面无人机三段式折叠翼的算例结果表明，机翼固有频率会随着折叠角的变化呈现非线性性态，相比舒展状态，折叠角的存在虽不能明显减小翼尖加速度，但能够有效减小翼根弯/扭矩响应。