大型运输机的减阻技术

回顾了到目前为止可能用在大型飞机上的相关减阻技术,从三个方面(减小摩擦阻力、降低诱导阻力、减小激波阻力)详细介绍了多种减阻技术的方法和原理.其中减小摩擦阻力分成层流减阻和湍流减阻两个部分.层流减阻中吸气控制方法、湍流减阻中沟槽壁面控制方法、翼梢小翼技术、激波鼓包技术等都有可能成为改进新一代大型运输机阻力特性的实用技术.粗糙阵列、等离子体激励器、动态控制三维鼓包等新技术也为减阻技术的实际应用提供了新的可能性.     

DRAG REDUCTION TECHNIQUE FOR LARGE TRANSPORT AIRCRAFT

回顾了到目前为止可能用在大型飞机上的相关减阻技术,从三个方面(减小摩擦阻力、降低诱导阻力、减小激波阻力)详细介绍了多种减阻技术的方法和原理. 其中减小摩擦阻力分成层流减阻和湍流减阻两个部分. 层流减阻中吸气控制方法、湍流减阻中沟槽壁面控制方法、翼梢小翼技术、激波鼓包技术等都有可能成为改进新一代大型运输机阻力特性的实用技术. 粗糙阵列、等离子体激励器、动态控制三维鼓包等新技术也为减阻技术的实际应用提供了新的可能性.     

水下减阻技术研究综述

在简要回顾早期减阻研究的基础上,对现有典型水下湍流减阻技术进行了较深入地分析.重点介绍了脊状表面减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水表面减阻的研究现状.分别从实验研究和理论研究两方面对其进行了阐述,并着重强调了各自的减阻机理. 此外,还简要介绍了柔顺壁面减阻、壁面振动减阻等其它减阻技术.展望了水下减阻技术今后的研究重点及其应用前景.      

海洋减阻技术的研究现状

船舶、舰艇、鱼雷等海中航行体在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用.海中航行体的运行速度和能量消耗率是评价其性能的重要指标.利用减阻技术降低航行体在海水中的行驶阻力具有重要意义.按减阻机理对现今重要的海洋减阻技术进行分类和总结,并详细介绍其研究现状和减阻机理,主要包括仿生减阻、微气泡减阻和疏水/超疏水涂层减阻.通过对现有海洋减阻技术的总结和分析,展望了其今后的研究重点.     

新型等离子体激励器对翼型的减阻效果

论述了在西北工业大学低湍流度风洞中采用新型等离子激励器对NACA0015翼型的减阻实验.实验风速为35m/s,攻角范围取0°~20°.并参照压力分布和总压分布实验结果对减阻效果进行了对比分析.本文还进行了有关等离子体激励抑制翼型流动分离的数值模拟研究,基于等离子体激励器的简化模型将体积力以源项方式引入到N-S方程中求解,得到激励器工作时的流场分布.结果表明在新型等离子体激励器开启后:在小攻角范围内,尾耙的总压分布曲线与坐标轴的纵轴(尾耙高度轴)所围面积变化不大;当攻角≥12°时,尾耙的总压分布曲线与坐标轴的纵轴(尾耙高度轴)所围面积明显减小.从而说明该新型等离子体激励器能够有效地减少翼型的阻力.     

壁面展向震荡诱导颗粒湍槽流减阻的直接数值模拟研究

对湍槽流的减阻研究具有科学意义和工程应用价值,已有大量研究表明向单相湍流中添加离散物质是一种有效的被动减阻方法.相比于被动减阻技术,主动减阻技术如壁面震荡减阻的可控性更高,近年来也得到广泛的关注,但对于壁面展向震荡诱导减阻的研究主要针对单相湍槽流,还未见有相关研究将这一手段用于含颗粒湍槽流的减阻.因此,文章采用直接数值模拟方法开展了壁面展向震荡诱导颗粒湍槽流减阻的机理研究.一方面关注壁面震荡对颗粒湍槽流的调制效果及机理.另一方面关注颗粒和震荡对单相湍槽流的耦合减阻效应.结果表明:壁面震荡可以达到有效减阻,存在最优震荡周期使减阻率达到最大,且最优震荡周期与单相流结果相近.在相同体积分数下,施加壁面震荡的小颗粒湍槽流减阻效果更好.相比于单相湍槽流,当震荡周期小于最优周期时,震荡和颗粒的耦合效应对减阻率的额外贡献较小且可能为负,当大于最优周期时额外贡献逐渐增大,对整体减阻率的占比最高可达10%左右.     

超疏水表面滑移理论及其减阻应用研究进展

减阻技术对提高原油采收率、降低液体流动阻力具有十分重要的意义.通过论述超疏水表面结构的基本理论、超疏水表面形成的主要影响因素和近年来仿生超疏水表面的制备方法,综合分析了超疏水表面滑移理论和基于这一理论的减阻技术的研究进展,并简单介绍了其在石油储层微孔道纳米降压减阻方面的应用,展望了超疏水表面滑移理论及其减阻技术的研究重点及应用前景.      

水下湍流减阻途径分析

综述了壁湍流边界层分层结构及近壁区湍流猝发过程,对现有典型水下湍流减阻技术进行了较深入地总结.根据各类减阻方法的特点对水下湍流减阻方法进行了分类,并分析了各类减阻方法对壁湍流流场的影响特征,总结了维持或延长层流、干扰湍流"猝发"、壁面隔离、增大湍流阻尼和改变壁面物性等5种水下湍流减阻可行途径,为开展水下湍流减阻研究及发现新的减阻方法提供参考.     

基于MEMS的流动主动控制技术及其研究进展

MEMS技术与流动控制技术的结合, 使得流动主动控制技术的实际应用逐步成为现实, 极大地推动了流动主动控制技术的发展. 简述了流动主动控制技术的基本原理、关键技术, 以及应用MEMS技术实现流动主动控制的机理和途径. 介绍了几家国外研究机构近年来在流动主动控制技术领域基于MEMS技术的微传感、微控制和微执行技术及其集成技术的研究进展, 以及在三角翼前沿涡控制、减阻研究、发动机喷流控制、细长体背风面分离流控制等方面的应用情况.      

湍流流动中鲨鱼皮表面流体减阻研究进展

快速游动的鲨鱼, 其皮肤表面沿流动方向有序地排列着沟槽状结构, 人们认为这种结构能在湍流流动 中减小表面摩擦阻力. 人们仿真这种生物结构来进行实验研究和应用, 通过复制和改善鲨鱼皮肤表面沟槽状 结构, 使得摩擦阻力最大减小了近10%. 在实验和模拟仿真中, 人们不断讨论和研究湍流流动阻力的形成机制 和沟槽减阻的理论特性. 本文综述了沟槽减阻理论特性的一些研究方法, 并且归纳定义了沟槽减阻最优几何 形状及其尺寸; 详细考虑流体流动的特点, 给出了一种用来选择最优沟槽形状及其尺寸的方法; 综述了目前的 沟槽加工制造技术. 由于鲨鱼皮肤表面存在少量黏液, 从仿生学的角度, 文章最后综述并展望了通过局部应用 疏水性材料来改变沟槽附近流场属性, 从而达到更大程度上减小阻力的目标.      

AERODYNAMIC OPTIMIZATION OF HIGH-SPEED TRAIN BASED ON RBF MESH DEFORMATION

基于局部型函数三维参数化方法、改进的蚁群算法和改进的克里金（Kriging）代理模型,开展了列车头型的三维气动减阻优化设计研究。为了避免复杂几何外形大变形情况下千万量级网格的重复生成,提高高速列车头型优化设计的效率,引入了缩减控制点的径向基函数网格变形技术。优化结果表明：径向基函数网格变形技术在不降低网格质量的情况下可以有效缩短网格变形的时间消耗,能够用于复杂几何外形的气动优化设计;在给定的设计空间内,控制鼻锥外形的6个关键设计参数对列车气动阻力的影响呈单调递增关系;优化后,在满足约束条件的情况下,简化外形列车的整车气动阻力减小5.41%,头尾车减阻效果明显,中间车气动阻力基本不变。     

大型飞机阻力预示与减阻研究

简要说明了大型飞机减阻的重要意义，对国内外大型飞机计算流体动力学(CFD)和风洞实 验等阻力预示技术进行了初步的评估和分析，重点论述了大型飞机减阻气动布局及装置、减 低诱导阻力方法和减低摩阻方法的研究现状和发展趋势，指出中国需要进一步提高CFD和风 洞实验阻力预示技术水平，同时加强对气动布局、优化设计以及流动控制等基础科学技术问 题的研究. 对中国发展大型飞机能起到借鉴和参考的作用.     

低雷诺数俯仰振荡翼型等离子体流动控制

针对低雷诺数翼型气动性能差的特点, 通过介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体激励控制的方法, 提高翼型低雷诺数下的气动特性,改善其流场结构. 采用二维准直接数值模拟方法求解非定常不可压Navier-Stokes方程,对具有俯仰运动的NACA0012翼型的低雷诺数流动展开数值模拟.同时将介质阻挡放电激励对流动的作用以彻体力源项的形式加入Navier-Stokes方程,通过数值模拟探究稳态DBD等离子体激励对俯仰振荡NACA0012翼型气动特性和流场特性的影响.为了进行流动控制, 分别在上下表面的前缘和后缘处安装DBD等离子体激励器,并提出四种激励器的开环控制策略,通过对比研究了这些控制策略在不同雷诺数、不同减缩频率以及激励位置下的控制效果.通过流场结构和动态压强分析了等离子体进行流场控制的机理. 结果表明,前缘DBD控制中控制策略B(负攻角时开启上表面激励器,正攻角时开启下表面激励器)效果最好,后缘DBD控制中控制策略C(逆时针旋转时开启上表面激励器,顺时针旋转时开启下表面激励器)效果最好,前缘DBD控制效果会随着减缩频率的增大而下降, 同时会导致阻力增大.而后缘DBD控制可以减小压差阻力, 优于前缘DBD控制,对于计算的所有减缩频率(5.01~11.82)都有较好的增升减阻效果.在不同雷诺数下, DBD控制的增升效果较为稳定, 而减阻效果随着雷诺数的降低而变差,这是由流体黏性效应增强导致的.      

Experimental study of the possibility of reducing supersonic drag by employing plasma technology

The possibility of reducing the aerodynamic drag of a body by injecting plasma into the oncoming supersonic flow is confirmed experimentally.Moscow. Translated from Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 2, pp. 177–182, March–April, 1996.     

A NUMERICAL STUDY OF OPTIMAL DRAG REDUCTION FOR TURBULENT TRANSONIC PROJECTILES USING A PASSIVE CONTROL

Abstract

The purpose of this research is to numerically study a drag reduction method—passive control of shock/boundary layer interaction, which is applied to the boattail portion of a secant-ogive-cylinder-boattail projectile in turbulent transonic flows. The flow pattern and the components of aerodynamic drag computed from numerical data are analyzed. The effectiveness of this method is studied by varying the values of parameters such as porosity distribution, maximum porosity factor and size of porous region. The conditions for optimal drag reduction are investigated and reported. The present results show that the use of this passive control method can not only reduce the boattail drag but also the base drag, and results in an additional 8% total drag reduction compared to that without the passive control technique. This passive control method can be an effective approach for the design of high-performance projectiles in the transonic regime.     

On the role of a balancing load in the problem of aerodynamic drag minimization in the supersonic flight regime

The problem of reducing the aerodynamic losses through balancing in the supersonic flight regime is considered. An analysis and a comparison of the drag components due to the aerodynamic surface deformation and the balancing weigh distribution is made with reference to the examples of a zero-thickness airfoil and a three-dimensional configuration of an aircraft with a wing of complicated planform. It is shown that minimum values of the aerodynamic drag are achieved as a result of complex optimization including the dead load mass as a varied parameter.     

无轴承旋翼柔性梁载荷特性研究

应用Hamilton原理建立了双路传力的无轴承旋翼运动方程。采用均匀入流模型,基于直升机飞行平衡条件,建立了无轴承旋翼柔性梁载荷的计算模型,并通过算例验证了模型的精度。利用该模型,研究了全机重心位置、机身气动阻力以及平尾安装角对柔性梁载荷特性的影响,给出了各因素对柔性梁载荷的影响趋势,得出了降低柔性梁载荷的方法。数值结果表明:2cm左右重心位置的变化能够引起9%~11%的柔性梁载荷变化量,15%气动阻力的增加会导致约9%的柔性梁载荷的增大;2°平尾安装角的变化引起约10%柔性梁载荷的变化量,3°平尾安装角的变化引起约26%柔性梁载荷的变化。     

Aerodynamic drag improvements on a square-back vehicle at yaw using a tapered cavity and asymmetric flaps

Emissions of greenhouse gasses from passenger vehicles is a concern globally. One of the factors that influence the vehicles energy consumption is the aerodynamic drag, continuing to be an active topic of interest. This work investigates the vehicle wake in relation to aerodynamic drag in steady crosswind conditions.The vehicle used is a modified version of the generic Windsor geometry with wheels and a rearward-facing base cavity with nine angled surfaces, or flaps, distributed at the trailing edge of the cavity along the roof and sides. A surrogate model-based optimisation algorithm was used to minimise the drag coefficient by optimising the angle of each flap individually. The experiments were performed in the Loughborough University Large Wind Tunnel. The time-averaged and unsteady results of both the base pressures and tomographic Particle Image Velocimetry indicate that the optimised flap angles improve drag primarily by altering the wake balance. This is achieved by reducing the strength of a large leeward side vortex, reducing the crossflow within the wake.     

正弦交流介质阻挡放电等离子体激励器诱导流场研究的进展与展望

正弦交流介质阻挡放电等离子体流动控制技术是基于等离子体激励的主动流动控制技术,具有响应时间短、结构简单、能耗低、不需要额外气源装置等优点,在飞行器增升减阻、抑振降噪、助燃防冰等方面具有广阔的应用前景.针对“激励器消耗的大部分能量尚未被挖掘利用、诱导流场的完整演化过程尚未完全掌握、诱导流场的演化机制尚不明确”这三方面问题,本文首先从激励器诱导流场的空间结构、时空演化过程、演化机制三个方面回顾总结了激励器诱导流场的研究进展.在诱导流场空间结构方面,发现了高电压激励下诱导射流的湍流特性,辨析了壁面拟序结构与无量纲激励参数之间的关联机制;从激励器诱导声能方面挖掘出了激励器潜在的能量,发现了“等离子体诱导超声波与诱导声流”的新现象,提出了声激励机制;在时空演化过程方面,阐明了激励器诱导流场从薄型壁射流发展为“拱形”射流、再演变为启动涡,最终形成准定常射流的完整演化过程;在演化机制方面,结合声学特性提出了以“升推”为主的诱导流场演化机制.其次,围绕激励器诱导流场,进一步凝练出下一步研究重点,为突破等离子体流动控制技术瓶颈,打通“概念创新—技术突破—演示验证”的创新链路,实现工程应用提供支撑.