振荡射流改善翼型气动性能的实验研究

本文针对采用振荡射流控制流动分离改善大攻角下翼型气动特性的问题,在NACA0015翼型上进行了多种工况的风洞实验。结果表明:在失速攻角附近,振荡射流抑制流动分离提高翼型升力系数的作用十分明显,可将翼型失速攻角推迟2°左右。存在最佳的振荡射流频率段、射流动量范围和射流位置,使得翼型性能的改善最大。实验还得到了振荡射流的频率、动量和施加位置等参数对翼型气动性能的影响规律。     

离体射流的位置对翼型气动特性的影响

为了改善风力机叶片流动分离现象,本文在雷诺数为1×106、来流攻角21°时研究了离体射流微小圆柱的分布位置对NACA0018翼型气动性能的影响.首先分别在翼型前缘前和上表面附近,研究离体射流微小圆柱的射流动量对翼型气动性能的影响,发现两种位置下翼型的气动性能都有所改善,其中上表面附近控制时效果更好;接着研究控制装置在上...     

考虑几何不确定性的翼型随机参数化方法研究

参数化方法是翼型设计的重要方法。在翼型设计阶段,参数化模型中的变量通常认为在一定区间内变化,并进行离散化。参数化模型的变量较多时,设计样本空间大,计算量大。本文提出一种翼型的随机参数化设计方法,采用类/形函数变换方法参数化翼型,参数化模型的变量为服从一定概率分布的随机变量,基于不确定性量化方法与CFD模拟获得翼型气动性能的统计特性。将此方法与OpenFOAM耦合,对S809翼型进行了随机参数化建模,比较了蒙特卡洛、拉丁超立方和基于稀疏网格的多项式混沌法与CFD结合的精度和效率。结果表明基于稀疏网格的多项式混沌法收敛速度快和精度高,可以大幅减小高维设计变量下的计算量;通过敏感性分析寻找了影响翼型气动性能的主要设计变量。     

基于B样条与遗传算法的翼型优化实验研究

翼型升阻比和水轮机空化系数是水轮机叶片翼型的重要指标,以NACA63A-614翼型为研究对象,基于B样条曲线对翼型曲线进行参数化构造,得到拟合精度较高的翼型曲线。以升阻比和水轮机空化系数作为优化目标,利用多目标遗传算法和XFOIL软件展开多工况优化设计。对优化后的翼型与原始翼型在多攻角工况范围内进行动力学特性分析,同时将优化前后翼型建模并进行空化实验。分析实验结果表明,优化后的翼型其升阻比和空化性能均得到明显提升,从而验证了该方法的可行性与准确性。     

多目标优化设计方法在翼型气动优化中的应用研究

本文将粘性流场分析与数值优化方法结合起来,由粘性流场分析得到升力、阻力等气动参数作为样本训练神经网络,并用训练好的神经网络来预测优化目标函数,分别采用了多日标遗传算法与多目标粒子群算法,对一种跨音速翼型的气动性能进行了多目标优化设计,并采用模糊偏好信息的多属性决策方法对多个优化解进行评价选优.算例研究表明,两种多目标优化算法都能得到有限多个多目标优化解,通过多属性决策方法评价选优的优化翼型气动性能有明显提高.     

振荡翼型非定常气动特性数值模拟

本文采用URANS方法对NACA0012翼型在不同振荡方式下的非定常气动特性进行了数值模拟,并与实验和文献中DNS计算结果进行对比,结果显示:URANS方法较好地显示出翼型的俯仰振荡气动特性和近壁面速度随攻角变化规律,但未能模拟出前缘分离泡的生成和发展;对于沉浮振荡翼型,URANS方法能够模拟出尾涡的结构和尾涡间的相互作用。文中还对低频和高频振荡翼型的气动特性进行了分析。     

等离子体激励翼型分离流动控制数值模拟

文章利用CFD软件FLUENT中的自定义函数接口, 将等离子体对中性气体的激励作用模型化为体积力引入Navier-Stokes方程, 研究了等离子体气动激励诱导的平板射流, 以及介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体激励对NACA0015翼型大迎角分离流的控制作用.计算分析表明, 多对电极等离子体激励器可以有效控制NACA0015翼型大迎角分离流动.      

电动水上飞机低噪声螺旋桨翼型优化

为降低翼型的气动噪声,以某型电动水上飞机螺旋桨所使用的RAF-6翼型为研究对象,首先通过CFD/FW-H方法计算得到翼型的升、阻力系数以及气动噪声;其次使用型函数线性叠加描述翼型的几何形状;进而,为使翼型获得设计状态下较好的声学与气动性能,由翼型的气动噪声与升阻比构成优化目标,以型函数系数为变量,以保证翼型升、阻力系数变化不超过10%为约束,使用引入响应面模型的遗传算法对翼型进行降噪优化。通过优化翼型与基准翼型的对比可知,设计状态的优化翼型气动噪声声压级降低了2.17 dB,升阻比提高1.12%,且优化翼型在小攻角状态下具有较为优异的声学与气动性能。优化结果表明,该优化方法具有一定应用价值,可为螺旋桨噪声控制研究提供参考。     

高超声速飞行器宽速域翼型多目标优化设计研究

高超声速飞行器正向着速域更宽、空域更广、航程更远的方向发展.因而对于现代高超声速飞行器的设计而言，除了保证高超声速的性能外，还必须兼顾满足工程需求的亚声速、跨声速、超声速特性.文章对薄翼型在不同速域下的流动机理进行分析，总结了不同速域下翼型增升减阻的设计准则，然后采用RANS方程流动求解器，结合基于Kriging模型的代理优化算法，开展了高超声速飞行器宽速域翼型的优化设计研究.首先，以NACA64A-204翼型为基准翼型，采用线性加权法进行了考虑亚、跨和高超声速气动特性的多轮次宽速域翼型优化设计研究，得到了一种宽速域性能得到改善的新翼型.然后，以优化得到的新翼型为原始翼型，开展多目标优化设计，获得了宽速域翼型两目标和三目标的Pareto最优化解集.      

组合叶栅的数值计算研究

采用混合紊流模型计算了以NACA0012为原始翼型的组合叶栅内部流场.通过计算证明,选取适当的叶栅组合参数重合度B与栅距比T,可以使组合叶栅的整体性能得到大幅度的改善.组合叶栅的整体气体性能明显优于单列叶栅的气动性能.     

基于神经网络的翼型气动力计算和反设计方法

开展了机器学习在翼型气动力计算和反设计方法中的应用研究,实现了在更大翼型空间范围内,人工神经网络的训练和优化,建立了翼型气动力计算模型,和给定目标压力分布的翼型反设计优化模型.作为机器学习领域兴起的研究热点,人工神经网络的研究工作不断深入,有研究者尝试将其应用于流体力学的学科范畴内.文章实现人工神经网络在翼型计算领域中应用的方法如下:首先通过Parsec参数化方法,围绕基准翼型构造了一定翼型空间范围的翼型库,利用XFOIL进行数值模拟,搭建了和翼型库具有一一映射关系的流场信息库.通过训练和优化神经网络,实现了基于此模型的快速、高可信度的翼型气动力预测,以及新型的翼型优化设计方法.通过自动化编程实现样本库的批量生成,实现了不同翼型空间的样本量下,神经网络的训练和优化过程.实验结果表明,在机器学习领域中,基于神经网络的翼型反设计模型的精确性高度依赖于训练样本量的大小和覆盖范围.      

风力机翼型的不确定性CFD模拟

本文采用非嵌入式概率配点法对风力机NREL_S809翼型进行了不确定性CFD模拟。在两种特征攻角下,量化了当来流攻角存在不确定性变化时,翼型气动特性的变化,以及不确定性扰动在流场中的传播。研究结果表明,攻角的不确定性对于大攻角工况下流动的影响更大。对小攻角条件下的影响主要体现在翼型前缘处,而大攻角条件下的影响还扩展到了翼型中部和尾缘部分。     

二维地效翼及地效流动特性数值研究

用数值模拟的方法,对二维NACA0012翼型在地面效应下的空气动力特性和地效流动特性进行研究,得到地效翼的升力、阻力和翼型表面压力分布随攻角及相对飞行高度的变化情况.通过对计算结果的分析,可以看出,在一定的攻角,靠近地面飞行,机翼的升力得到提高;随着飞行高度的降低,地面效应增强,机翼的失速攻角减小;地面附近的粘性流动对机翼的空气动力特性影响很小;当相对飞行高度小于0.1时,应该考虑空气的可压缩性.     

基于雷诺应力模型的高精度分离涡模拟方法

基于Speziale-Sarkar-Gatski/Launder-Reece-Rodi(SSG/LRR)-ω雷诺应力模型发展了一类分离涡模拟方法,结合高精度加权紧致非线性格式在典型翼型及三角翼算例中进行了验证,并和传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法进行了对比.结果表明:基于SSG/LRR-ω模型的分离涡模拟方法,提高了原雷诺应力模型对非定常分离湍流的模拟能力;同时相比于传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法,尤其是在翼型最大升力迎角和三角翼涡破裂迎角附近,该方法在平均气动力预测的准确度、分离湍流模拟的精细度等方面更加优秀.     

钝尾缘翼型非定常气动特性及机理

钝尾缘翼型气动特性受到尾涡脱落的影响,在翼型DU 91-W2-250的基础上对称加厚得到了新钝尾缘翼型DU91-W2-250_6,利用密网格进行了非定常气动特性的数值研究。在各个攻角下钝尾缘翼型气动特性都具有周期性的特点,具体的波动特征如波动幅值及周期等则受脱落涡的大小、脱落位置及尾迹宽度的影响,而升力系数波峰、波谷则分别出现在顺时针涡及逆时针涡脱落的时刻。     

Effect of relative camber on the aerodynamic performance improvement of asymmetrical blunt trailing-edge modification

In this paper, the aerodynamic performance of the S series of wind turbine airfoils with different relative cambers and their modifications is numerically studied to facilitate a greater understanding of the effects of relative camber on the aerodynamic performance improvement of asymmetrical blunt trailing-edge modification. The mathematical expression of the blunt trailing-edge modification profile is established using the cubic spline function, and S812, S816 and S830 airfoils are modified to be asymmetrical blunt trailing-edge airfoils with different thicknesses. The prediction capabilities of two turbulence models, the k-ω SST model and the S-A model, are assessed. It is observed that the k-ω SST model predicts the lift and drag coefficients of S812 airfoil more accurately through comparison with experimental data. The best trailing-edge thickness and thickness distribution ratio are obtained by comparing the aerodynamic performance of the modifications with different trailing-edge thicknesses and distribution ratios. It is, furthermore, investigated that the aerodynamic performance of original airfoils and their modifications with the best thickness of 2% c and distribution ratio being 0:4 so as to analyze the increments of lift and drag coefficients and lift–drag ratio. Results indicate that with the increase of relative camber, there are relatively small differences in the lift coefficient increments of airfoils whose relative cambers are less than 1.81%, and the lift coefficient increment of airfoil with the relative camber more than 1.81% obviously decreases for the angle of attack less than 6.3°. The drag coefficient increment of S830 airfoil is higher than that of S816 airfoil, and those of these two airfoils mainly decrease with the angle of attack. The average lift–drag ratio increment of S816 airfoil with the relative camber of 1.81% at different angles of attack ranging from 0.1° to 20.2° is the largest, closely followed by S812 airfoil. The lift–drag ratio increment of S830 airfoil is negative as the angle of attack exceeds 0.1°. Thus, the airfoil with medium camber is more suited to the asymmetrical blunt trailing-edge modification.     

Design and performance of an open jet wind tunnel for aero-acoustic measurement

This paper presents the design and performance of an open jet, blow down wind tunnel that was newly commissioned in the anechoic chamber at the ISVR, University of Southampton, UK. This wind tunnel is intended for the measurement of airfoil trailing edge self-noise but can be extended to other aeroacoustic applications. With the primary objectives of achieving acoustically quiet and low turbulence air jet up to 120 m/s through a 0.15 m × 0.45 m nozzle, several novel noise and flow control techniques were implemented in the design. Both the acoustical and aerodynamic performances of the open jet wind tunnel were examined in detail after its fabrication. It is found that the background noise of the facility is adequately low for a wide range of exit jet velocity. The potential core of the free jet is characterized by a low turbulence level of about 0.1%. Benchmark tests by submerging a NACA0012 airfoil with tripped and untripped boundary layers at 0° and 10° angles of attack respectively into the potential core of the free jet were carried out. It was confirmed that the radiating airfoil trailing edge self-noise has levels significantly above the rig noise over a wide range of frequencies. The low noise and low turbulence characteristics of this open jet wind tunnel are comparable to the best facilities in the world, and for its size it is believed to be the first of its kind in the UK.