大展弦比气弹机翼柔性非线性变形的气动力效应分析与风洞试验

从飞行器刚弹耦合动力学模型出发，引入柔性机翼准定常假设，建立大柔性飞行器非线性静气动弹性气动力方程，利用非线性迭代求解思路模拟了柔性飞行器的静气动弹性响应行为，开展了大展弦比飞机静气动弹性风洞试验验证，采用气动力有限基本解与机翼的耦合计算，发现了大柔性飞机大变形状态下载荷及结构变形形式随风速的变化规律.传统基于小变形假设的线性分析方法和刚体分析由于无法考虑气动面随结构变形的曲面气动力因素和结构变形后的非线性刚度特性，均与风洞试验存在一定的误差.对于大展弦比柔性飞机的非线性静气动弹性分析十分必要.      

瞬态加速液柱的流体力学问题研究

介绍了用激波和压缩气体加速液柱时的流体动力现象的实验研究,实验中采用了高速摄影技术。研究分为两部分:第一部分,液柱在被加速后在管内的气/液两相流的发展以及流出管外后喷雾流的形成,喷雾流自下而上产生;第二部分,气/液界面上的流体力学不稳定性,即Rayleigh Taylor(RT)不稳定性及Richt myer Meshkov(RM)不稳定性,液柱自上而下运动。实验发现,用此方法产生的喷雾具有流量大、射程远、覆盖面积大等特点。液柱在管内的加速过程中,上端面保持平面,下端面在经历了初始的不稳定性之后形成弹状流。在本实验的驱动压力及马赫数的范围内,RT和RM不稳定性的后期的发展过程比较接近,尽管两者的增长率不同。在RT不稳定性的初始阶段,高密度流体的尖钉先伸入低密度流体中;但是,在RM不稳定性的初始阶段,低密度的气泡先伸入高密度流体中。     

基于自由涡的风轮失谐气动特性研究

采用一种改进的自由涡方法研究了风切变条件下,叶片安装角存在偏差的失谐风轮的气动特性。计算方法由模拟叶片气动力的非线性升力线法和模拟尾迹涡运动的时间精确自由尾迹法构成。以某2.5 MW风力机为例,计算了功率曲线和叶片气动力分布,并与Bladed软件和CFD计算结果进行了比较。研究了切变风条件下,不同叶片安装角偏差量,风轮推力、扭矩、偏航力矩和俯仰力矩的变化。结果表明,所采用的计算方法是准确有效的。风轮叶片安装角偏差,对风轮推力和扭矩影响较小,对风轮偏航和俯仰力矩影响较大。不同叶片安装角偏差量相反,会显著增加风轮偏航和俯仰力矩波动。     

飞行器上层大气层空气动力特性探讨

针对近地轨道飞行器所面临的上层大气层（100~300 km）空气动力学问题,对几类典型航天器构型的上层大气层气动力特性进行了分析,给出了典型气动布局在该空域的气动力基本规律,取得了对上层大气层气动力关键影响因素的初步认识.在上层大气层,飞行器的绕流属于自由分子流状态.研究发现,气体分子与不同材质物面的相互作用反映出截然不同的升力和阻力特性.对于1 m2气动受力面的飞行器,在100~200 km轨道高度存在大于1 mN的气动力,在接近300 km轨道高度时受到的气动力则远小于1 mN.在一般条件下,飞行器的升阻比小于1.但是,当物面适应系数约为0.2时,在100~200 km轨道高度存在升阻比大于1的状态,这一特点体现了上层大气层气动力学的基本特性.据此认为,100~200 km是气动力可利用的飞行空域,在此空域开展上层大气层空气动力学研究,对于未来发展上层大气层飞行器意义重大.      

基于前馈—反馈控制导弹自动驾驶仪鲁棒稳定性分析

针对一类前馈—反馈的气动力/直接力复合控制导弹自动驾驶仪结构特点,基于对直接力喷流装置放大因子与攻角的对应关系和直接力寄生回路的耦合机理的分析,完成了气动力/直接力复合控制系统的非线性建模,并采用Lyapunov非线性稳定性理论,对复合控制导弹自动驾驶仪的鲁棒稳定性问题进行了证明,给出了采用气动力/直接力复合控制导弹自动驾驶仪的稳定域,具有较好的工程参考价值。     

Nonlinear flutter of a two-dimension thin plate subjected to aerodynamic heating by differential quadrature method

The problem of nonlinear aerothermoelasticity of a two-dimension thin plate in supersonic airflow is examined. The strain-displacement relation of the von Karman＇s large deflection theory is employed to describe the geometric non-linearity and the aerodynamic piston theory is employed to account for the effects of the aerodynamic force. A new method, the differential quadrature method （DQM）, is used to obtain the discrete form of the motion equations. Then the Runge-Kutta numerical method is applied to solve the nonlinear equations and the nonlinear response of the plate is obtained numerically. The results indicate that due to the aerodynamic heating, the plate stability is degenerated, and in a specific region of system parameters the chaos motion occurs, and the route to chaos motion is via doubling-period bifurcations.     

同轴双方柱气动力载荷的相互干扰

本文研究了在大气边界层气流中同轴双方柱气动力载荷的相互干扰,讨论了这种干扰与风向角和间距比之间的关系.结果表明处于相邻方柱的干扰下,上游方柱的最大气动力载荷大于单体的载荷;而下游方柱则受到前柱明显的阻挡作用,不仅如此,当风向角为0°,小间距下的后柱,不但没有阻力,还会受到反向的摧力.还发现在串列情况下存在和双圆柱类似的临界间距,阻力和升力在临界间距附近有明显的突变.同时将本实验的结果和一些文献中的结果进行了比较.     

基于高温气体效应的磁流体流动控制研究进展

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境.磁流体控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,可有效地改善高超声速飞行器气动特性,在飞行器气动力操控和热环境管理等方面均具有广阔的应用前景; 同时,超导材料及电磁技术的发展又重新推动了这一领域的研究热潮.虽然国内外在高超声速磁流体流动控制领域已开展了一些研究工作,但其实验研究依然极具挑战, 且由于实验条件及测量技术等限制,其压力、热流等参数的测量并没有得出较为系统的结论,因此需要对影响脱体激波距离、热流、压力变化的规律及机理进行深入研究; 同时,数值模拟方法和理论分析也亟待可靠的实验数据来对其进行验证.本综述调研和讨论了基于高温真实气体效应的磁流体流动控制技术研究,主要针对磁流体流动控制的试验技术、数值模拟、理论方法以及流动控制的主要研究方向等进行了总结,并对其发展趋势进行了讨论和展望.      

信天翁近海面飞行时的气动力研究

针对信天翁近海面的飞行条件,研究信天翁能在大风浪中高效飞行的力学机理.将信天翁简化为二维机翼,采用势流理论的面元方法,重点研究了波浪的有益干扰.给出了信天翁在匀速固定高度飞行和自由飞行两种状态下的波浪扰动力.计算结果表明:信天翁的飞行效率不仅取决于飞行的高度和速度,而且取决于浪高和波长;在大风浪下信天翁可以从波浪有益干扰中获得推力来抵消部分飞行阻力,提高飞行效能.     

带有结构非线性的跨音速翼型颤振特性研究

以非定常N-S方程为主管方程，采用时间推进的方法，计算翼型振荡的瞬态非常气动力，并与带有结构非线性的颤振方和耦合求解，计算了带有结构刚度非线性（间隙型，三次型刚度非线性）和结构阻尼非线性（三次型阻尼非线性）的结构响应特性和颤振特性。计算研究表明，由于同时具有结构和气动非线性，振荡极限环和气动力极为复杂。