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.     

基于转捩/尺度适应模型与FW-H声学方程的气动噪声数值模拟研究

采用计算流体力学(CFD)同"声类比"相结合的方法进行噪声模拟,利用CFD数值模拟 MD30P30N多段翼型失速攻角附近流场以及其气动特性来校核近场精度,进一步通过结合可穿透数据面的FW-H声学方程进行气动噪声分析。为了准确捕捉近场流场信息,为噪声预测提供可靠的声源精度,本文基于k-ω剪应力输运(SST)湍流模型,建立了尺度适应分离流(SAS)模型,并采用γ-Re_θt转捩模型耦合k-ω SST湍流模型建立了边界层转捩数值模拟技术;充分利用尺度适应模型在边界层表现为雷诺平均(RANS)方法这一特点,将γ-Re_θt转捩模型与SAS模型结合,建立针对包含转捩、分离现象复杂流场的数值模拟技术。文中以RANS为控制方程,分别采用全湍流k-ω SST模型、γ-Re_θtSAS转捩/分离流模型对多段翼进行近场数值模拟计算,结合可穿透数据面的FW-H声学方程进行气动噪声预测,在分析其对流场及气动噪声影响的基础上,得出了几点结论。     

低雷诺数翼型蒙皮主动振动气动特性及流场结构数值研究

针对低雷诺数(Re)翼型气动性能差的特点,文章通过对翼型柔性蒙皮施加主动振动的方法,提高翼型低Re下的气动特性,改善其流场结构.采用带预处理技术的Roe方法求解非定常可压缩Navier-Stokes方程,对NACA4415翼型低Re流动展开数值模拟.通过时均化和非定常方法对比柔性蒙皮固定和振动两种状态下的升阻力气动特性和层流分离流动结构.初步研究工作表明在低Re下柔性蒙皮采用合适的振幅和频率,时均化升阻力特性显著提高,分离泡结构由后缘层流分离泡转变为近似的经典长层流分离泡,分离点后移,分离区缩小.在此基础上,文章更加细致研究了柔性蒙皮两种状态下单周期内的层流分离结构及壁面压力系数分布非定常特性和演化规律.蒙皮固定状态下分离区前部流场结构和压力分布基本保持稳定,表现为近似定常分离,仅在后缘位置出现类似于卡门涡街的非定常流动现象.柔性蒙皮振动时从分离点附近开始便产生分离涡,并不断向下游移动、脱落,表现为非定常分离并出现大范围的压力脉动.蒙皮振动使流体更加靠近壁面运动,大尺度的层流分离现象得到有效抑制.      

两种椭圆翼型高速气动特性实验研究

新概念旋转机翼飞机的主机翼既能高速旋转作为旋翼,又可锁定作为固定翼,所以只能使用特殊的前后对称翼型。针对主机翼翼型的这一特殊要求,对16％相对厚度,相对弯度分别为0％和3％的两种椭圆翼型的高速气动特性进行了风洞实验研究,试验分别在中国空气动力研究发展中心FL-21风洞和荷兰代尔夫特大学TST-27风洞进行,采用表面测压和尾排型阻测量技术。试验结果的对比分析表明,有弯度椭圆翼型的升力和力矩特性优于无弯度椭圆翼型,而阻力特性和最大升阻比劣于无弯度椭圆翼型。试验结果为旋转机翼飞机主机翼翼型的选取提供了参考。     

翼型连续变形过程中非定常气动特性研究

可变形飞行器的优越性,使其成为近年来研究者关注的热点。当前对于可变形飞行器气动方面的研究工作主要集中于采用数值模拟或风洞实验,开展可变形飞行器气动布局概念和不同变形模态气动特性研究,而关于连续变形过程中非定常气动特性的研究则很少,几为空白。本文在无粘不可压(Ma=0.2)流场中,数值模拟了儒可夫斯基翼型连续改变厚度、弯度所引起的气动特性变化,分析了不同变形幅度、变形速度以及变形加速度对非定常升力系数的影响情况,这也为以后的三维数值模拟提供了基础。     

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%.     

扭转振动实验仪与单自由度系统振动实验

介绍了扭转振动实验仪的构造、原理和特点, 以及据此开设的单自由度系统振动实验. 该仪 器的研制为理论力学课程振动实验提供了必要条件. 十多年的教学实践表明, 单自由度系统 振动实验有助于加深学生对单自由度系统振动概念的理解, 培养学生的实践能力, 教学效果 明显.     

任意边界条件下圆柱壳体振动特性分析

圆柱壳是潜艇、化工容器和宇航结构的主要结构形式.对于它的振动特性文献[1-14]做了大量的研究工作,其中文献[1]作了综合评述.本文以两端固定(C-C).两端简支(SD-SD),一端固定另一端自由(C-F)和两端自由(F-F)等四种常见边界为基础,采用放松或增加约束的方法,考察了边界条件变化对自振频率的影响,并和前人的研究和实验结果作了比较,表明本文的方法是正确的.     

单自由度振动系统特性的数学仿真实验

根据单自由度振动系统数学模型,设计了单自由度振动系统特性的数学仿真实验,实验结果给出振动方程解析解的表达式,并用几何方式定量描述振动过程及其幅频特性．     

运动车辆横向振动半车模型分析

通过半车模型, 数值研究平滑路面上运动车辆车体的前两阶横向振动频率. 将车体模型化为两端自由的Euler-Bernoulli梁, 半车模型的车轮模型化为两个弹性不等的弹簧. 建立半车模型的数学模型描述车体的横向振动. 以两端自由的静态梁的模态为试函数和权函数, 通过高阶Galerkin截断计算车体横向振动的频率, 并研究车辆运行速度、车体刚度、弹簧刚度等参数对车体振动频率的影响.     

基于节段模型试验的宽幅箱梁涡振性能气动措施优化

为了研究宽幅流线型箱梁断面的涡振性能,以某跨越长江的大跨悬索桥为背景,进行1∶50节段模型风洞试验。分析了检修轨道、人行道栏杆等涡振敏感构件的影响,研究了改变人行道栏杆形式、附加斜腹板导流板以及风嘴分流板等气动措施的制振效果。研究结果表明,宽幅箱梁涡振性能随来流攻角增大而逐渐变差,且由于漩涡Strouhal数的变化易诱发多区间涡振,扭转涡振幅值随阻尼增加线性衰减显著。人行道栏杆是此类断面的涡振敏感构件,去掉栏杆踢脚石能明显改善涡振性能;斜腹板导流板对改善其涡振性能效果微弱;风嘴分流板具有显著的制振效果,不仅能有效地抑制主梁涡振的发生,且能提高颤振临界风速。     

含ER流体板结构的振动特性研究

本文制作了含电流变体夹层梁和模拟飞机蒙皮结构的含电流变体加筋层合板,采用响应幅频法,测试了在不同电场强度梁和层合加筋板结构各阶固有频率和振幅的变化;并着重测试了加筋层合板结构在改变板材料、电流变体作用面积等条件时各阶频响特性的变化。实验结果表明,随着电场强度的增加,夹层梁的频响特性有很大变化;而层合板的固有频率变化不大,但振幅却有显著变化,其中铝－层合加筋板的频响幅值的变化率达到５０．１％。     

一种新的振动叠加气动耦合加载技术

飞机机动飞行时,机体结构受到随机振动叠加气动的耦合载荷作用,有可能迅速产生破坏。为了考核在这种振动环境下飞机的结构强度及使用寿命能否达到设计要求,需要提供有效的地面试验验证手段和可靠的试验数据。本文研究了一种振动叠加气动的耦合载荷加载技术,通过液压球头传递振动载荷,同时通过气囊施加气动载荷,并设计进行了原理性验证试验。试验结果表明,这种耦合载荷加载技术可以避免过多改变试件自身的振动特性,同时可精确实现振动叠加气动的耦合载荷加载,真实模拟试验件的振动工作环境。此项技术可应用于现代战机的地面结构强度研究。     

摆式电机振动机械动特性分析与实验研究

本文针对装有摆式激振电机的新型振动机械进行了动特性分析及实验研究。文中先建立了线性时变系统的微分方程；进而对其进行了数字仿真，得到了该系统的运动规律；并在实验中得到了验证，最后，对所研究的系统进行了参数灵敏度分析。从整个分析过程可知，对装有摆式激振电机的振动机械，只要合理设计摆杆，橡胶轴承、系统支承和电机的参数，就能使振动机械沿给定方向作稳定的简谐振动，同时所设计的系统具有较强的鲁棒性，从而证实了这种新型振动机械不仅具有经济、可靠、通用性强的优点，而且还具有良好的动态性能     

Theoretical and Experimental Investigation of Supersonic Flow Past a Slender Sharp Circular Cone at Incidence

Supersonic M4 flow past a slender sharp circular cone with semi-vertex angle _c =4° at small and moderate angles of attack is investigated both theoretically and experimentally over the Reynolds number range from 1.69·10⁴ to 13.62·10⁶. The theoretical analysis is based on the numerical integration of the three-dimensional Navier-Stokes and Reynolds equations, while the experimental study was carried out in a wind tunnel of the Central Aerohydrodynamics Institute (TsAGI). The calculated and measured integral characteristics of the cone are compared.     

多种因素对三角翼俯仰/滚转运动特性影响的数值研究

耦合求解NS方程和刚体动力学方程数值模拟80°后掠三角翼强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性,研究了转动惯量、轴承机构阻尼、翼面流态以及俯仰运动频率、振幅、平均俯仰角等因素对三角翼俯仰、滚转双自由度耦合运动特性的影响。结果表明:机翼的转动惯量和轴承的机械阻尼显著影响自由滚转的频率和振幅;在转动惯量、轴承摩擦和湍流等多种因素的共同影响下,三角翼的双自由度运动可能会形成台阶形式的振荡曲线;俯仰运动的振幅、频率以及平均俯仰角对强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性存在不同程度的影响。     

带腐蚀Euler-Bernoulli海洋管道模型在海波激励下的振动分析

研究了考虑腐蚀和海生物附着作用的海洋管道在海波激励下的动力学响应．采用欧拉-伯努利梁模型建立细长海洋管道动力学模型,利用格林函数法得到了该受迫振动问题的稳态响应．首先,推导了未腐蚀且考虑海生物附着的海洋管道在海波激励作用下的动力学响应．其次在考虑腐蚀、海生物附着情况下,利用前面未腐蚀模型的解得到腐蚀管道的动力学响应解析解．最后进行了数值讨论,分析了不同腐蚀深度、不同生物质量对管道固有频率的影响．研究了三种输流截面面积相同的环（圆、矩形、三角）模型在同一海波激励作用下的稳态位移响应．分析了不同海波高度、不同海波数目、不同海洋深度及腐蚀深度对管道模型位移的影响;对比了未腐蚀和有腐蚀深度时,某点随时间变化的位移效果．研究结果对海波激励下的管道响应分析和保护具有重要意义．     

挠性自适应结构振动控制的分析与实验研究

采用自适应结构的原理和方法,对压电元件用于挠性结构振动控制的一些问题进行了探讨。对压电驱动器与结构的匹配关系进行了理论分析,对模态传感/驱动器在挠性悬臂板结构中的布置方案进行了优化设计,并进行了结构的振动控制实验,从而验证了方法的有效性     

水电站尾水平台振动现场测试研究

水电站尾水平台在正常运行时发现有较大的振动。通过现场实测的方法确定了在各种工况下其上的附加动应力。采用随机振动相关分析的方法确定了引起尾水平台振动的主要原因。实测表明尾水管出口处水流对出水导墙的冲刷是引起尾水平台振动的主要原因。根据现场实测结果，提出提高尾水平台运行安全性的方法。     

泡沫结构阻尼仪板动态性能试验分析

本文对一种新型塑料加粘弹材料的复合夹芯减振仪表板的动力性能进行了分析,通过振动试验测试了系统的动力响应,分析其响应总均方根和频率特性,表明复合结构粘弹阻尼仪表板系统具有较好的动力性能,可有效地衰减振动能量。根据对不同结构的泡沫塑料复合结构粘弹阻尼仪表板的试验数据进行比较,证实增加粘弹材料,系统的动力性能可以有极大改善。