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。     

三角翼大迎角流场结构和气动力特性的数值分析研究

采用数值计算方法对亚音速三角翼纵向及带有小侧滑情况下的流场结构和气动力特性进行了计算。文中给出了三角翼大迎角纵向情况下气动力、机翼前缘分离涡轴线位置和旋涡破裂位置随迎角的变化规律，以及带有横侧小扰动和小侧滑情况下流场结构的非对称性对气动力的影响。计算结果表明与实验结果符合较好。     

基于低雷诺数串置翼型气动特性研究

基于低雷诺数,应用二维CFD方法,对串置翼型的气动特性进行了数值模拟。比较了串置翼型布局与常规单独翼型的升阻特性。分析了翼差角度对串置翼升阻特性的影响,并且在保持鸭翼±5°偏角不变的同时,研究了两翼之间的距离以及安装的相对高度对整个串置翼型升阻特性的影响。发现上鸭翼与主翼相结合具有相对较高的最大升力系数和临界迎角, 可以显著改善串置翼型的气动特性。     

翼型模型振动的实验研究与气动特性分析

通过在NF-3低速风洞专门研制的翼型模型及相应的俯仰和沉浮振动机构,选用NACA0012翼型进行大迎角下不同频率的振动实验,研究了模型振动平均状态下对其气动力特性的影响情况,并在N-S方程基础上对振动流场进行了初步分析。实验与计算研究的结果表明:在临近定常失速迎角的大迎角条件下,翼型的振动可以引起旋涡分离,导致翼型升力减小和失速迎角的提前;就所讨论的两种振动模式而言,俯仰振动的影响大于沉浮振动。所以,为了提高飞机模型,尤其是大展弦比飞机模型的风洞实验精准度,在模型设计和加工时要特别注意加强机翼弦向的扭转刚度。     

基于表面粗糙度影响的摩擦声发射特性研究

接触表面粗糙度是影响摩擦的重要因素之一,而摩擦为复杂的动态过程,在线测量非常困难.为了研究表面粗糙度对摩擦的影响,利用声发射技术对不同粗糙度表面的摩擦过程进行了检测.研究结果表明：摩擦系数随着表面粗糙度的增大而增大,但当粗糙度增至一定程度时,摩擦系数随着表面粗糙度的增大而减小;声发射信号各参数（振铃计数、振幅、能量）随表面粗糙度的变化规律与摩擦系数随粗糙度的变化规律一致;声发射信号各参数与表面粗糙度存在密切的对应关系,因此,用声发射技术实时监测摩擦过程是可行的.     

基于雨燕翅膀的仿生三角翼气动特性计算研究

针对低雷诺数微型飞行器的气动布局, 设计出类似雨燕翅膀的一组具有不同前缘钝度的中等后掠($varLambda =50^{circ}$)仿生三角翼. 为了定量对比研究三角翼后缘收缩产生的气动效应, 设计了一组具有同等后掠的普通三角翼. 为了深入研究仿生三角翼布局的前缘涡演化特性以及总体气动特性, 采用数值模拟方法详细地探索了低雷诺数($Re=1.58times 10^{4})$流动条件下前缘涡涡流结构和气动力随迎角的变化规律. 分析结果表明, 前缘钝度和后缘收缩对仿生三角翼前缘涡的涡流强度和涡破裂位置有显著影响. 相对于钝前缘来说, 尖前缘使仿生三角翼上下表面的压力差增大, 涡流强度也更大, 增升作用也更显著. 相对于普通三角翼构型, 仿生三角翼的前缘斜切使其阻力更大, 但后缘的收缩使涡破裂位置固定在此位置, 因此整个上翼面保持低压, 总的升力更大. 由于小迎角时升力增大更明显, 因此仿生三角翼的气动效率在小迎角时明显大于普通三角翼. 这些结论对于揭示鸟类的飞行机理以及未来微型仿生飞行器的气动布局设计具有重要的研究价值.     

飞机大迎角俯仰运动下的横侧向气动特性及被动控制

在南航3m低速风洞内,利用一套两自由度动态试验机构,通过测力实验研究了某飞机模型静态和俯仰动态过程中大迎角下的横侧向气动特性,分析比较了在模型头部加上扰动片后,对横侧向气动特性产生的影响.研究结果表明,模型在静态大迎角下会产生较大的侧向力和偏航力矩,而模型的快速上仰过程则进一步加剧了模型头部流动的非对称性,在大迎角下产生较大的偏航力矩迟滞环;当在模型头部加扰动片后,不论是静态过程还是动态过程,都使得模型的侧向力和偏航力矩减小,从而改善了俯仰运动过程中大迎角下的横侧向气动特性.     

低Re数下变弯度机翼的非定常气动特性实验研究

利用变弯度机翼模型及相关的风洞实验平台,开展了以弯度变化速率影响为重点的机翼非定常特性研究。实验结果显示,在低Re数(~105)下,机翼弯度非定常变化得到的升阻力系数曲线与准定常条件下的结果存在显著差异。具体表现为:准定常状态下,曲线表现出明显的可逆性;而弯度非定常变化时,曲线在弯度递增区和递减区之间存在明显的迟滞效应,而且随着变形速率的增加,这种迟滞也越明显。流场显示结果表明,这种小St数下出现的流动迟滞是由于弯度变形导致的流动分离的分离点相对机翼运动迟滞所造成的。这说明弯度变化时,分离流场结构的响应时间尺度与弯度变化周期相当,也揭示了该条件下机翼弯度变化对流动的抑制作用主要是通过改变分离区的大小来实现的。     

大迎角细长体绕流背涡结构与气动特性分析

结合实验成果,对大迎角细长体绕流结构及其气动特征进行了分析。利用势流理论,探讨了大迎角下非对称侧向力沿物体轴线的变化特征与分离背涡结构之间的关系,得出截面侧向力系数沿轴向呈现正弦型曲线的变化特征是由轴向旋涡不断脱落所形成的多涡系统诱导的结果。对于三涡以上的多涡系统中,对称的物面压强分布并非一定对应对称的涡结构。     

80°/65°双三角翼摇滚特性风洞实验研究

介绍了在FL-23高速风洞中研究自由摇滚的装置、试验方法、数据采集等试验技术.在马赫数从0.3到0.6范围内,对应的雷诺数从0.56×107/m至1.126×107/m范围内,开展了双三角翼大迎角下的摇滚特性的研究,包括迎角、马赫数、初始释放等参数的影响,给出了典型的结果.结果表明,随着模型迎角的增加,双三角翼呈现不同的滚转运动形态,包括静态稳定、准极限环摇滚、双周期震荡等;试验中马赫数提高对翼摇滚起抑制作用;摇滚运动的最终平衡状态和摇滚幅值与初始状态无关.     

Reynolds数对大攻角细长旋成体绕流滚转角效应影响的数值研究

使用低耗散的Roe格式,数值模拟了Reynolds数(Re)对大攻角细长旋成体绕流滚转角效应的影响.模型头部加了几何小扰动块以引发流场的不对称.在较大的Re数(Re=10 5)下,本文的计算结果与实验是相符的,此时细长体的滚转会导致双稳态、双周期现象,即侧向力随滚转角呈现类似方波形式的双周期变化,方波中侧向力基本保持不变的状态对应于流场的正则态,且两个正则态的侧向力方向相反,方波中侧向力基本保持不变的状态对应于流场的正则态,且两个正则态的侧向力方向相反;而在较小的Re数(Re=4 000)下,如果扰动足够大,细长体的滚转将导致不同的双稳态现象,此时两个正则态的侧向力方向相同,而在较小扰动下双稳态现象不再出现;Re数更小时(Re=1 000),即使在较大的扰动下,双稳态现象也不再出现,侧向力随滚动角仍是连续变化的.本文的计算结果表明,Re数越小,流场对头部扰动的感受性越弱.     

Asymmetric vortices flow over slender body and its active control at high angle of attack

The studies of asymmetric vortices flow over slender body and its active control at high angles of attack have significant importance for both academic field and engineering area. This paper attempts to provide an update state of art to the investigations on the fields of forebody asymmetric vortices. This review emphasizes the correlation between micro-perturbation on the model nose and its response and evolution behaviors of the asymmetric vortices. The critical issues are discussed, which include the formation and evolution mechanism of asymmetric multi-vortices; main behaviors of asymmetric vortices flow including its deterministic feature and vortices flow structure; the evolution and development of asymmetric vortices under the perturbation on the model nose; forebody vortex active control especially discussed micro-perturbation active control concept and technique in more detail. However present understanding in this area is still very limited and this paper tries to identify the key unknown problems in the concluding remarks. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10172017), Aeronautical Science Foundation of China (02A51048) and Foundation of National Key Laboratory of Aerodynamic Design and Research (51462020504HK0101)     

Influence of nose perturbations on behaviors of asymmetric vortices over slender body

The influence of nose perturbations on the behaviors of asymmetric vortices over a slender body with a three-caliber ogive nose is studied in this paper. The tests of a nose-disturbed slender body with surface pressure measurement were conducted at a low speed wind tunnel with subcritical Reynolds number of 1×10⁵ at angle of attack α=50°. The experiment results show that the behaviors and structure of asymmetric vortices over the slender body are mainly controlled by manual perturbation on the nose of body as compared with geometrical minute irregularities on the test model from the machining tolerances. The effect of the perturbation axial location on asymmetric vortices is the strongest if its location is near the model apex. There are four sensitive circumferential locations of manual perturbation at which bistable vortices over the slender body are switched by the perturbation. The flowfield near the reattachment line of lee side is more sensitive to the perturbation, because the saddle point to saddle point topological structure in this reattachment flowfield is unstable. Various types of perturbation do not change the perturbation effect on the behaviors of bistable asymmetric vortices. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10172017) and the Foundation of National Key Laboratory of Aerodynamic Design and Research (00JS51.3.2 HK01)     

Computation of field structure and aerodynamic characteristics of delta wings at high angles of attack

A numerical investigation of the structure of the vortical flowfield over delta wings at high angles of attack in longitudinal and with small sideslip angle is presented. Three-dimensional Navier-Stokes numerical simulations were carried out to predict the complex leeward-side flowfield characteristics that are dominated by the effect of the breakdown of the leading-edge vortices. The methods that analyze the flowfield structure quantitatively were given by using flowfield data from the computational results. In the region before the vortex breakdown, the vortex axes are approximated as being straight line. As the angle of attack increases, the vortex axes are closer to the root chord, and farther away from the wing surface. Along the vortex axes, as the adverse pressure gradients occur, the axial velocity decreases, that is, A is negativee, so the vortex is unstable, and it is possible to breakdown. The occurrence of the breakdown results in the instability of lateral motion for a delta wing, and the lateral moment diverges after a small perturbation occurs at high angles of attack. However, after a critical angle of attack is reached the vortices breakdown completely at the wing apex, and the instability resulting from the vortex breakdown disappears.     

前体非对称涡高风速烟雾显示技术

通过在细长旋成体模型机身的不同位置设置出烟孔,使用新型发烟装置对模型注入雾化油 滴,采用激光片光法在常规风洞中高风速(60m/s)条件下得到清晰、完整而稳定的截面涡 结构图像. 并通过同状态标定法和等比例网格法发展了简易涡位定量测量技术,为前体非对 称涡Re数效应的研究提供了重要的技术平台.     

细长体背风面横向非对称分离的研究

用数值模拟方法研究了超声速情况下，无限长细长体背风面的涡结构。数值模拟的出发方程和计算格式分别为全Ｎ－Ｓ方程和二阶空间精度的ＴＶＤ格式。数值结果给出了圆锥、半球柱体和椭圆锥在不同攻角下的流场结果。结果表明圆锥在攻角α＝１５°，２０°和２５°时背风面呈现明显的稳定非对称横向分离，而半球柱体和椭圆锥在３２．５°和２５°时背风面均未出现非对称的横向分离结构。     

翼型大攻角状态下表面吸气驻涡增升的数值模拟实验

用数值模拟方法给出了翼型大攻角状态表面吸气后绕翼型流动的某些新现象并对流场的特性进行了机理性研究,其中包括吸气对翼型背风面分离涡的驻涡增升作用;吸气孔位置对流场的影响;不同吸气强度以及间歇式吸气的增升效应。数值模拟的出发方程为N-S方程,差分格式为Beam-Warming格式。数值实验表明:(1)吸气可有效地提高翼型大攻角状态下的升力;(2)在一定吸气强度下吸气可使翼型背风面上涡的非定常脱落现象消失从而起到驻涡作用;(3)吸气孔位置在翼面的中部附近增升效果较好;(4)在一定范围内吸气强度越强其升力越高;(5)间歇式吸气也可提高平均升力,但引起升力的波动。     

高机动飞行器非指令运动及其控制的研究进展

高机动飞行器往往都是通过大攻角飞行来实现高机动科目的, 在发展高机动飞行器的过程中, 其非指令运动是伴随着大攻角飞行而常常出现的运动形态. 为此, 应在飞行器设计的早期阶段, 充分研究所设计布局的大攻角流动性态及其相应的非指令运动的形态;揭示这类运动形态的主控流动;在此基础上形成和发展流动控制新技术, 以达到抑制非指令运动的目的. 由于大攻角前体非对称涡往往与非指令运动密切相关, 为此本文首先指出前体非对称涡流动对头部微扰动十分敏感, 以致长期以来让人们误认为这类流动具有不确定性. 研究表明, 通过设置人工微扰动可使前体非对称涡流动具有可重复性, 并揭示该流动随扰动周向角变化的响应、演化规律. 通过利用大、小后掠翼两类翼身组合体的典型布局形式, 研究它们所呈现的摇滚运动形态, 揭示其摇滚运动的不同主控流动机理, 在此基础上分别发展了抑制小、大后掠翼身组合体摇滚运动的流动控制技术: 快速旋转头部扰动和适当设置扰动位使翼、身的两对非对称涡处于反相. 在抑制非指令运动的研究中, 深入理解和揭示头部微扰动对非对称涡流动的响应、演化机理是至关重要的, 应予以特别关注.