跨声速风洞翼型动态失速实验系统研制

为满足旋翼设计的需要,研制了增压连续式跨声速风洞二元试验段翼型动态失速实验系统。开发了相应的测控系统,设计并安装了机械驱动机构,建立了数据采集及其后处理系统。动态试验测控系统的测量部分与控制部分相互独立,且与风洞主控系统、安全联锁系统等互不影响,可单独工作,安全性高,抗干扰性能好。机械系统设计合理,运动轨迹精确,该机构以平均迎角0°振幅10°,振荡频率2Hz运行时,最大迎角误差为±0.809°,平均迎角误差为0.255°,振幅均方根误差为0.325°,满足翼型动态失速实验的要求。数据采集采用多路并行A/D,其同步性能好,避免相差。在风洞实验系统联调中使用了NACA0012翼型模型,通过在翼型表面安装动态压力传感器,测量Ma=0.3,平均迎角为10°, 振幅为5°,减缩频率分别为0.05,0.03和0.01下,翼型表面脉动压力。其结果表明,实验系统在大动压,不同频率下,运行稳定,数据合理可靠,实现了设计要求。     

几种仿生翼型动态失速特性的数值分析

为提高叶轮机械运行的稳定性,常需要设计获得一种具有高升力特性和良好稳定性的翼型。受自然界中具有不同飞行特性的鸟类翅膀的启发,本文首先以海鸥、雀鹰、长耳鸮、水鸭4种鸟类为仿生对象,对沿翅膀展向40%截面位置处的翅膀轮廓形状进行仿生重构,获得4种仿生翼型。然后,对4种仿生翼型的动态失速特性进行数值模拟,通过对比分析4种仿生翼型的动态气动特性得出：在Re=2.0×10⁵工况下,仿海鸥翼型的平稳性最好,阻力峰值在4种仿生翼型中最低;仿雀鹰翼型仅上仰阶段的升力系数小于仿海鸥翼型,仿雀鹰翼型的平稳性与仿海鸥翼型类似;尽管仿长耳鸮翼型的升力系数峰值最大,但是其动态迟滞现象明显;仿水鸭翼型产生的阻力最大,平稳性也相对较差。综上,仿海鸥翼型具有良好的稳定性和较低的阻力峰值,从而为叶轮机械优化设计和气动性能改善提供了有价值的参考翼型。     

基于流固耦合的柔性翼型动态失速特性研究

为了研究柔性翼型在动态失速下的气动性能及其优势,从流动控制的角度,采用流固耦合数值模拟方法研究了具有被动大变形能力的柔性翼型动态失速特性并与传统的刚性翼型进行了比较.首先,对柔性翼型在不同减缩频率下的气动特性进行了研究,得到了减缩频率对柔性翼型气动特性的影响规律,同时定量比较了刚性翼型和柔性翼型的升阻力系数随攻角、减缩频率的变化规律.其次,从俯仰震荡翼型的涡量场、流线以及结构响应等角度揭示了柔性翼型在动态失速现象中依旧具有良好气动特性的关键物理机制.研究结果表明,在高减缩频率下,柔性翼型具有低阻力的特征,气动性能显著优于刚性;柔性翼型的被动变形可以抑制翼型表面涡旋的生成从而优化气动特性.     

基于转捩点位置的动态失速模型数值建模方法研究

通过实验可得到翼型动态失速的相关数据,但是由于多数的动态失速计算方法使用全湍流模型或半经验转捩模型,数值计算一直没有得到与实验结果非常吻合的计算结果.提出了基于转捩点位置的动态失速模型数值建模方法来提高数值计算的准确性,通过使用Winsock网络协议实现FLUENT和MATLAB之间的数据传输,再使用曲线拟合与梯度下降法实现转捩点位置的优化计算,最终通过得到的转捩点的位置信息使得计算结果更加准确,为其他研究人员将转捩点作为动态失速理论分析的一个因素提供良好的数据基础.     

电磁力控制翼型失速的研究

电磁场在导电的流体边界层上产生的电磁力能有效地改变边界层的结构,控制边界层的流动分离,消除涡流,可以增加翼型体升力,减少其阻力,实现对翼型失速的控制.本文基于电磁体积力控制流体边界层原理,将包覆有特制电磁激活板的翼型体置于弱电解质溶液中,利用基于TMS320F2812(DSP芯片)组建的翼型失速实验控制系统来灵活改变翼型的攻角和转速,显示流场的演化过程,测量升力和阻力的变化;实验结果表明,电磁力能够消除翼型的尾流涡街,正向电磁力能够有效地抑制和延缓翼型失速的发生.     

自然对流边界层的分层结构和浮力不稳定性的实验研究

详细研究了自然对流边界层中的浮力振型的功率谱、波长、波速与临界层位置等基本特征,在声激励作用下发现自然对流边界层失稳初期由线性理论的3对特征解组成的层状结构及它们随Grashof数此消彼长的发展过程.在浮力振型首先失稳时得到3种振型相互独立的速度和温度脉动振幅分布.系统地测量了浮力振型的温度和速度脉动的振幅增长规律和中性曲线,实验结果表明,温度脉动的中性曲线在低Grashof数时有环状封闭曲线,随后是和数值计算相似的鼻部.至G＞100时,浮力振型迅速衰减,无粘性振型成为主导振型,特征曲线中由3种相互独立的特征解组成的3个峰形的特征不复存在.     

分布式粗糙前缘对NACA0012翼型失速特性的影响

以NACA0012翼型为研究对象,分析在全湍和转捩两种流动状态下分布式粗糙前缘对翼型失速特性的影响规律.使用Menter切应力输运模型和γ-Reet(Reθt为转捩动量厚度雷诺数,y为间歇因子)转捩模型,并分别耦合粗糙度模型和粗糙增长因子输运方程对翼型绕流进行模拟,分析翼型失速特性变化及失速前边界层流动发展状况.结果 ...     

合成射流用于动态失速控制的数值模拟

动态失速是限制相关机械或飞行器性能的重要因素,因而对动态失速控制的研究具有重要的工程意义.以二维非定常可压RANS方程为控制方程,采用Jameson中心有限体积法,对攻角作α=15°+10°sin(ωt)变化的亚音速俯仰振荡NACA 0012翼型的流场进行了数值模拟,并对合成射流在此工况下的控制效应进行初步研究,分析作动器频率、射流动量系数及作动器位置对控制效应的影响.计算结果表明,加控制后能明显地提高最大升力、减少阻力.     

极端风况下风力机的动态失速研究

根据IEC标准与GL准则定义极端风速模型对某1.5 MW的水平轴风力机进行数值模拟计算,研究极端风况下风轮转矩、空气动力系数等的变化规律.研究发现,风力机在非稳态工况下运行时,高风速时风轮的转矩与低风速时风轮的转矩变化规律相比有明显差异,叶根到叶尖产生不同程度的失速.在风速增大和减小的不同过程中,非稳态工况下风轮转矩、升力系数和阻力系数随攻角的变化有显著地差别,叶轮的升力系数和阻力系数的最大值均高于稳态下的系数.     

轴流压气机叶栅动态失速现象研究

轴流压气机转子/静子交替排列,两套相对旋转的柱坐标系变换导致了叶栅进口攻角作周期性的脉动,即上游叶排尾迹诱导产生了下游叶排的动态失速现象.通过求解高精度非定常粘性可压Reynolds平均Navier-Stokes方程,清晰地捕捉到了动态失速涡的脱落过程与升力/阻力系数曲线的迟滞现象.研究还表明,合理组织攻角脉动频率与叶栅尾缘涡脱落特征频率的关系,能够提高叶栅的时均气动性能,为轴流压气机设计中的级间匹配问题提供了一个新的思路与途径.     

襟缝翼对民用飞机失速特性的影响

从外侧缝翼缝道参数、内侧缝翼分离面、缝翼与挂架间隙以及后缘襟翼缝道参数等方面考虑,分析了民用飞机失速特性和失稳特性的影响因素.结果表明,前缘缝翼根部和梢部细节对力矩特性有较大影响,缝翼挂架堵缝可提高升力,不影响力矩特性,调整襟翼偏角,可改变机翼有效弯度,不改变主翼分离特性.     

二维弹性翼型动态失速响应紧耦合模型建立

根据经典气动弹性响应模型和刚性动态失速模型,推导公式,建立了二维弹性翼型动态失速下气弹响应的紧耦合模型。计算模型为典型动态失速风洞模型,应用最小二乘法拟合实验气动力得到了气动力模型。应用此气动力模型进行气动弹性响应紧耦合计算,结果表明,同样的条件下,弹性模型比刚性模型的动态失速现象会更明显,实际飞行攻角及升力的变化范围可能增大,弹性影响不可忽视。     

“96．1”高原暴雪过程湿对称不稳定的诊断分析

利用对“96．1”青藏高原东北部暴雪过程一次较成功模拟的MM4中尺度模式输出资料,根据条件对称不稳定（CSI）的线性和非线性理论判据对这次暴雪过程进行了诊断分析,结果表明,“96．1”暴雪的发生发展过程与条件对称不稳定密切相关,不稳定区位置在M－θc和σ^2垂直剖面图上较其它判据更接近于实际情况。非线性CSI判据的动力学诊断分析指出,“96．1”暴雪是在低空对流不稳定和高空对称不稳定的相互作用下发生发展的,说明非线性对流－对称不稳定是其发展机制。     

风雪共同作用下门式刚架厂房的动力稳定

结合数值计算和风洞试验,研究门式刚架轻型钢结构厂房在风雪耦合作用下的动力稳定性.通过CFD(计算流体动力学)方法,模拟厂房屋面上的风雪耦合作用,由风洞试验获得厂房表面的非定常气动力,然后将门式刚架厂房作为空间刚架体系,利用Budiansky-Roth准则研究其动力稳定.研究表明,数值模拟得到的积雪漂移现象与屋面上气流的运动规律基本一致,不均匀积雪使门式刚架厂房在风场中的动力稳定性显著降低.     

重载机车轴流冷却风机流场及失速特性的研究

针对重载机车轴流冷却风机运行条件多变、容易发生失速的现象,建立了一种三维数学模型来研究轴流通风机的气动性能,预测失速点.基于RNG k-ε湍流模型,在旋转坐标系下采用SIMPLE算法求解压力速度耦合方程.计算了不同工况下风机的性能参数,绘制特性曲线,分析了内部流动规律和失速特性.结果表明:风机特性曲线存在不稳定工况区,在小流量范围存在一个拐点;失速工况下叶轮处静压最小值远高于工作点,并且叶片静压梯度下降明显;风机失速时流线弯曲严重,尾部漩涡区延长;可以预测失速点在流量系数为0.201处.     

河北省强对流天气统计分析

利用1999—2006年全省142个基本站的强对流观测资料（5~8月）和2.5°×2.5°分辨率,间隔6 h NCEP/NCAR全球客观分析资料,对河北省强对流天气的时空分布进行了详细统计,结果表明：雷暴、雷雨大风和冰雹空间分布呈北多南少、西多东少的趋势,时间主要集中在6月和7月,5月最少;午后到傍晚为各种强对流天气的日高峰期,冰雹和雷雨大风稍滞后于雷暴。     

高聚物薄膜在旋节去湿中的动力学稳定性

当高聚物薄膜以旋节类的方法从基底上去湿时,它的不稳定性由色散力和局部热应力控制,实验仿真结果表明：薄膜和基底之间存在相互作用时,热应力在薄膜不稳定的过程中起着很大的作用,弱滑移和强滑移条件下,模式波长随着薄膜的增厚而增大.     

智能电网的失稳与混沌

由于智能电网含有大量的分布式新能源逆变并网,故使智能电网的潮流流向和电压分布特性发生改变,影响了智能电网的稳定性.首先建立智能电网的动态模型,采用下垂控制策略来表征新能源并网逆变器的功频特性,利用等值发电机和动态负荷模型分析智能电网的失稳过程和混沌现象.在不同的初值下,针对该模型的仿真研究表明,智能电网存在渐近稳定、周期运行、准周期运行、混沌、超混沌以及电压崩溃的运行状态.在研究过程中发现,分岔、混沌、超混沌以及电压崩溃都是智能电网失稳的中间过程.为了防止失稳事故的发生,必须在临界失稳点之前对其进行及时有效的控制.