雷诺数对运输类飞机气动特性影响的试验研究

开展了某背景飞机的高低速变雷诺数风洞试验,并对试验结果进行了分析;结合国外的一些变雷诺数风洞试验结论,给出了大展弦比运输类飞机雷诺数对升力、阻力以及俯仰力矩特性的影响规律。试验研究表明:升力特性方面,在中小迎角下,随着雷诺数增大,迎角相同时升力增加,大迎角时最大升力系数增大,失速迎角增大;阻力特性方面,随着雷诺数的增大阻力减小,并且最小阻力系数随着雷诺数对数的增加基本呈线性减小;俯仰力矩特性方面,随着雷诺数增大机翼后部载荷增大,低头力矩增大,稳定性增强。除此之外,文中还从雷诺数对气动特性影响机理角度出发,分析了这些规律形成的原因。     

CFD在飞翼标模支撑干扰影响研究中的应用

支撑干扰修正一直是风洞试验的一个重点和难点,特别是对于尾部扁平的飞翼布局飞行器,阻力和俯仰力矩是一个小量,进行风洞试验时,尾部需要局部放大,对阻力和俯仰力矩的影响相对较大,这就使得风洞试验时对支撑影响修正方法提出了更高的要求。本文采用CFD数值模拟手段针对小展弦比飞翼标模开展了网格收敛性和支撑干扰影响研究,分析了尾支撑对飞翼气动特性、压力分布和流场结构的影响,为进一步开展风洞试验的支撑干扰修正提供了依据。在典型工况下,支撑干扰会导致升力系数减小,阻力系数减小,抬头力矩增大;试验模型后体放大和支撑存在会导致飞翼标模上表面压力增大,激波强度变弱,尾部分离区域减小。     

固定转捩实验中粗糙带破损对翼型气动特性的影响研究

本文以RAE2822翼型前缘7%位置3mm宽的金刚砂粗糙带为例,研究了粗糙带破损对翼型压力分布的影响。实验结果表明：粗糙带破损会引起激波位置小幅移动,而对翼型后缘压力分布影响很小。当Ma=0.5时,粗糙带破损对升力系数的影响很小;在α≥4°以后粗糙带破损对阻力系数和俯仰力矩系数的影响逐渐增大,且破损位置距翼型中心对称面越远,影响越小。当Ma=0.75时,粗糙带破损对升力系数与阻力系数的影响直到α≥4°后开始逐渐增大,并且随着破损位置远离中心对称面而减弱;俯仰力矩系数对粗糙带破损较为敏感,且粗糙带破损的位置距离中心对称面越远、尺寸越小则影响越小。     

一种升浮一体环形浮空器气动特性研究

选取填充轻质气体的环形浮空器为研究对象,采用数值模拟方法开展高空风力发电机用浮空器气动特性研究．采用有限体积法求解不可压N-S方程和S-A湍流模型来数值模拟风力机气流场,分别对翼型,安装角,长细比,雷诺数及风力机等因素对引入浮力后浮空器气动特性影响进行研究,对比分析引入浮力后布局外形气动力特性随各外形特征参数的变化规律．数值结果表明,截面翼型弯度越大,最大升阻比越小,出现位置有一定前移;截面厚度越大,三维效应越强,最大升阻比出现有一定的滞后性;增大安装角,相当于增大攻角,使得升力系数和阻力系数随攻角变化曲线均有一定前移;引入浮力后,最大合升阻比增大,并且存在一个明显前移;长细比越小,浮空器升阻比越大,随着长细比增大,浮空器最大升阻比出现越滞后;一定范围内,雷诺数增大,浮空器动升阻比增大,引入浮力后,基于来流风速变化时,浮空器合升阻比随雷诺数增大先迅速减小然后趋于平缓,但基于浮空器尺寸变化时,合升阻比则随雷诺数增大而增大;风轮转速增大,浮空器阻力增大,升力有一定下降．     

弹性振动对翼型气动特性影响的数值模拟

通过求解雷诺平均非定常Navier-Stokes方程,采用数值模拟方法计算了俯仰和沉浮振动对NACA0012翼型平均气动特性的影响.结果表明:对于俯仰运动而言,在迎角13α≤时的升力°和力矩曲线的线性段部分,振幅角的变化对动态平均升力系数和动态平均力矩系数的影响不明显,与静态时的情况基本一致;当迎角14α≥时,翼型振动的平均升力系数和动态平均力矩系数小°于静态时的情况.同一迎角条件下的俯仰振动频率越高时,其动态的平均升力系数和动态平均力矩系数越大,频率较高时的失速迎角相对于频率较低时的情况有所推迟,但相对于静态的失速迎角而言,不同频率下的动态失速迎角均提前.对于沉浮运动而言,动态平均升力系数随振幅和频率的增加而减小,动态失速迎角随振幅和频率的增大而提前.     

超高雷诺数下矩形截面气动特性研究

为研究工程常见的超高雷诺数下矩形柱流场特性和气动特性,以常见的起重机单箱梁截面(梁高h=1m,雷诺数Re=6.85×105)为例,采用雷诺平均RANS Realizable k-ε方法,对中等湍流强度来流下矩形柱绕流进行数值模拟。首先进行网格无关性验证,然后选取宽高比为0.6、0.8、1.0、1.5、2.0共5组不同截面的矩形柱结构进行流场分析与研究。通过对比不同宽高比柱体截面周围的气动特性参数,以及尾流区的尾涡、回流参数等特征量表明:阻力系数、平均背压系数、升力系数均方根、斯托罗哈数等均随着宽高比增大而降低,尾涡宽度和距离随着宽高比增大而减小,回流长度和最大回流速度随宽高比增大而增大。同时,通过与相关雷诺数(Re=104～105)的风洞实验和仿真结果进行对比,发现其在数值上和参考值相差很小,说明高雷诺数对绕流参数的影响很小,可为相关工程设计提供参考。     

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。     

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%.     

真实气体效应对返回舱气动力特性的影响

采用7 组元6 反应化学动力学模型,通过数值方法研究了真实气体效应对阿波罗(Apollo) 返回舱流场及气动力特性的影响. 并利用典型弹道点的飞行和实验数据验证了化学非平衡流计算程序的可靠性. 计算结果表明:真实气体效应主要发生在物面附近很薄的激波层内,真实气体效应使得激波脱体距离减小;真实气体效应使阻力系数和升力系数增加,且在小攻角时增加幅度最大;真实气体效应产生附加的低头力矩,使压心位置后移. 真实气体效应的影响随着马赫数的增加变化不明显.     

火星科学实验室气动特性数值分析

针对火星着陆探测器进入-下降-着陆过程的高超声速进入阶段,求解三维流体动力学Navier-Stokes 方程与化学反应动力学模型,分析火星科学实验室进入火星大气时的化学非平衡效应、探测器周围的流场结构和气动特性在化学非平衡效应影响下的变化. 结果表明,CO₂ 在激波后大量分解,消耗大量能量;在化学非平衡效应影响下,探测器头部激波脱体距离大幅减小,尾迹旋涡运动减弱;化学非平衡效应影响下探测器升力系数变化不大,阻力系数高于完全气体,升阻比略低,配平攻角小于完全气体.     

Boundary and initial fluctuation effect on dynamic behaviour of a laminated solid

Two problems will be studied in this contribution. First, we analyse some phenomena which take place in a laminated solid and are caused by a fluctuation of time-dependent boundary tractions. Second, we investigate the transient effect of initial displacement fluctuations on the behaviour of a laminate. To solve the above problems we propose a new macroscopic 3D model for investigations of initial-boundary value problems in elastodynamics of a laminated medium.     

论工程地质模型——涵义、意义、建模与应用

本文重点论述了工程地质模型。阐明了工程地质模型的概念与涵义、阐述了建模的依据与方法；探讨了其应用的范畴与要点；尤其充分论述了工程地质模型的学科意义与深远影响。工程地质模型是条件研究的归宿, 是分析、计算与评论的基础。     

地震滑坡启程剧动的机理研究及离散元模拟

论证并探讨了地震动诱发滑坡体启程剧动的机理。研究认为, 地震动对滑坡形成的影响, 主要是通过坡体波动振荡来产生; 坡体波动振荡在斜坡岩土体变形破坏过程中产生三种效应: 累进破坏效应、启动效应和启程加速效应; 并以骆驼岭滑坡为例, 采用离散元对斜坡在地震作用下的变形破坏过程进行数值模拟分析, 得出了一些既有理论研究意义, 又有实际应用价值的论断。     

高速气流阻塞效应对倾斜微孔端面密封动压特性的影响

以倾斜椭圆微孔端面为研究对象,考虑出口阻塞效应和入口压力损失,对高速气流润滑密封动压特性展开理论研究.采用数值方法重点分析不同密封压力、转速等操作参数和端面宽度等几何参数以及方向因子、倾斜角、孔深及面积比等微孔几何参数下,阻塞效应对开启力和泄漏量等密封特性参数的影响规律.结果表明:入口压力损失使入口处压力降低,出口阻塞效应使出口处压力抬升,导致端面开启力和泄漏量降低.随着转速和密封压力的增加,阻塞效应增强,与强制压力边界下的值相比,当密封压力为10 MPa,转速为50 000 r/min时,开启力降低可达5%以上,泄漏量可降低67%以上.当孔深取2~4μm,微孔倾斜角取20°~40°时较易获得优异的动压开启性能.     

脊状表面减阻机理研究

针对脊状表面流场的特点,通过实验测量和数值模拟的方法对脊状表面微观流场进行了深入研究,获得了脊状表面湍流边界层的时均速度分布曲线、湍流度分布曲线和微观流场结构.为了得到脊状结构对壁面物性的影响,对脊状表面进行了疏水性测试,获得了液滴在脊状表面上的表观接触角,并通过水洞试验验证了脊状表面的减阻效果.研究表明,与光滑表面相比,脊状表面微观流场结构中存在"二次涡",近壁区的黏性底层厚度比平板的要厚得多,湍流度显著降低,且脊状表面表现出明显的疏水性.由此提出了基于壁面隔离效应、增大湍流阻尼效应和改变壁面物性效应的减阻机理.     

砂岩球体法向恢复系数实验研究

法向恢复系数是岩崩块石运动分析的关键参数,其取值直接决定了块石的运动轨迹。本文中采用自行设计的碰撞实验装置和声频采样技术,测定了砂岩球体碰撞的法向恢复系数,研究了粒径、碰撞速度、含水状态和板的弹性特性4个因素对恢复系数的影响。结果表明:砂岩球体法向恢复系数存在复杂的尺寸效应,恢复系数随粒径的增大先增大后减小;碰撞过程中存在的黏弹性耗能机理和弹塑性损伤耗能机理共同作用产生了复杂的尺寸效应;受砂岩非均质特性的作用,粒径较小时,恢复系数的速度效应较明显(随速度增大而增大),粒径较大时速度对恢复系数的影响消失;砂岩饱和使黏弹性耗能和弹塑性损伤耗能增加,使恢复系数比风干时低;等效弹性模量对恢复系数的影响较大,等效弹性模量越大,法向恢复系数越小。     

Multi-channel effect of condensation flow in a micro triple-channel condenser

Multi-channel effect is important to understand transport phenomenon in phase change systems with parallel channels. In this paper, visualization studies were performed to study the multi-channel effect in a silicon triple-channel condenser with an aspect ratio of 0.04. Saturated water vapor was pumped into the microcondenser, which was horizontally positioned. The condenser was cooled by the air natural convention heat transfer in the air environment. Flow patterns are either the annular flow at high inlet vapor pressures, or a quasi-stable elongated bubble at the microchannel upstream followed by a detaching or detached miniature bubble at smaller inlet vapor pressures. The downstream miniature bubble was detached from the elongated bubble tip induced by the maximum Weber number there.     

Particle behavior in homogeneous isotropic turbulence

Direct numerical simulations were conducted to investigate the behavior of heavy particles in homogeneous isotropic turbulence. The present study focused on the effect of particle inertia and drift on the autocorrelations of the particle velocity and the fluid seen by particles and the dispersion characteristics of particles. The Lagrangian integral time scale of particles monotonically increased as the magnitude of the particle response time increased, while that of the fluid seen by particles remained relatively constant; it reached a maximum when the particle response time was close to the Kolmolgorov time scale of the flow. Particle dispersion increased as the particle inertia increased for small particles, while for larger particles, it decreased as particle inertia increased; particle eddy diffusion coefficient was maximal, and greater than that of the fluid by about 30%, at the preferential concentration. The concentration field of the particles with τp/τk≈1.0 showed that particles tend to collect in regions of low vorticity (high strain) due to preferential concentration. As the drift velocity of a particle is increased it crosses the paths of fluid elements more rapidly and will tend to lose correlation with its previous velocity faster than a fluid element will. And the correlation of particle velocities along the drift direction is more persistent than that perpendicular to the direction of drift. Simulations also showed that the continuity effect and the crossing-trajectory effect are weakened for particles with infinite inertia.     

Comp.B复合炸药动态压缩力学性能和本构关系的研究

本文利用自制的含能材料变温动态压缩实验装置，采用准静态应变速率（１０－４／ｓ）和中等应变速率（３／ｓ），对国产复合炸药Ｃｏｍｐ．Ｂ进行了动态压缩实验。测试了Ｃｏｍｐ．Ｂ在不同温度、不同应变速率条件下的杨氏模量、断裂强度等力学性能参数。实验结果证明，Ｃｏｍｐ．Ｂ具有明显的应变率相关和温度效应。采用Ｊｏｈｎｓｏｎ提出的温度、应变率相关的本构模型，根据实验数据拟合了Ｃｏｍｐ．Ｂ材料的本构关系，分析表明该本构模型可以很好地描述材料的应变率和温度效应。这些基础研究为含能材料动态力学性能的研究和炸药早爆机理的理论分析提供了依据。     

SIZE EFFECT AND GEOMETRICAL EFFECT OF SOLIDS IN MICRO—INDENTATION TEST

Micro-indentation tests at scales of the order of sub-micron show that the measured hardness increases strongly with decreasing indent depth or indent size,which is frequently referred to as the size effect.At the same time,at micron or sub-micron scale,another effect,which is referred to as the geometrical size effects such as crystal grain size effect,thin flim thickness effect,etc.,also influences the measured material hardness.However,the trends are at odds with the size-independence implied by the conventional elastic-plastic theory.In the present research,the strain gradient plasticity theory(Fleck and Hutchinson)is used to model the composition effects(size effect and geometrical effect) for polycrystal material and metal thin film/ceramic substrate systems when materials undergo micro-indenting.The phenomena of the “pile-up“ and “sink-in“ apeared in the indentation test for the polycrystal materials are also discussed.Meanwhile,the micro-indentation experiments for the polycrystal Al and for the Ti/Si3N4 thin film/substrate system are carried out.By comparing the theoretical predictions with experimental measuremtns.the values and the variation trends of the micro-scale parameter included in the strain gradient plasticity theory are predicted.