翼反角对高压捕获翼构型亚声速气动特性影响分析研究

高压捕获翼新型气动布局在高超声速设计状态下具有较好的气动性能, 新升力面的引入使其在亚声速条件下也具有较大的升力, 但在亚声速下的稳定特性还有待研究. 基于高压捕获翼气动布局基本原理, 在机身-三角翼组合体上添加单支撑和捕获翼, 设计了一种参数化高压捕获翼概念构型. 以捕获翼和机体三角翼上/下反角为设计变量, 采用均匀试验设计、计算流体力学数值计算方法及Kriging代理模型方法, 研究了0° ~ 10°攻角状态下不同翼反角对高压捕获翼构型亚声速气动特性的影响, 重点分析了升阻特性、纵向和横航向稳定性的变化规律以及流场涡结构等. 结果表明, 小攻角状态下翼反角对升阻比的影响比大攻角更加显著, 捕获翼上反时, 升阻比略微增大, 下反则升阻比减小; 三角翼上反时, 升阻比减小, 下反则升阻比先略微增大后缓慢减小; 翼反角对纵向稳定性的总体影响较小, 捕获翼上反会稍微提高纵向稳定性, 而三角翼上反则会降低纵向稳定性; 捕获翼或三角翼上反都会增强横向稳定性, 下反则减弱横向稳定性, 但大攻角状态时, 三角翼上反角过大对提升横向稳定性作用有限; 捕获翼上反航向稳定性增强, 下反航向稳定性则减弱, 而三角翼下反对提升航向稳定性的整体效果比上反更加显著.      

桥面槽缝对桥梁断面静态压力分布影响的实验研究

大跨度斜拉桥或悬索桥的桥梁主梁断面的气动外形是桥梁设计者们很关心的问题之一。对主梁节段模型气动力的风洞实验研究一般都只考虑了来流攻角以及模型本身结构外形的影响，而现今不少大桥在双向来回车道的中间开有槽缝，工程上可以用来改善桥面的空气动力特性以及桥梁本身的稳定性，对于这方面的实验研究进行得不多。本文拟通过风洞实验对某大桥桥梁主梁断面在各种开槽情况下的静态压力分布进行研究，进而对断面各测点的压力分布进行矢量求和获得升力系数、阻力系数和升力矩系数，由此来研究开槽与否以及开槽大小对该桥梁主梁断面的气动力的影响，同时也研究了槽中央隔板的存在对气动力系数的影响。研究表明，隔板的有无对气动力并无明显的影响，而开槽与否以及槽宽的大小对压力分布、升阻力系数以及升力矩系数有明显的影响。     

局部粗糙机翼表面气动特性影响研究

采用柱型粗糙元,以尖劈和机翼外形为基础,利用CFD数值模拟方法,研究机翼表面局部粗糙区域对其周围气动特性的影响。研究相同粗糙元高度下,粗糙元位于尖劈表面不同位置时局部边界层和气动特性的变化情况;基于流动分区理论,采用空气动力学理论分析与数值模拟结合的方法,分析F16机翼可接受的局部粗糙元高度;根据分析结果,在改进平板外形基础上,验证不同粗糙元高度对改进目标块区域气动特性的影响程度,并给出流经局部粗糙区域的流体发展状况。为了验证数值结果的准确性,采用S-A与SST湍流模型进行对比求解。本文工作对复杂大气环境引起的飞行器局部粗糙表面区域气动特性变化的研究具有指导意义。     

联接刚度对机翼／外挂系统颤振边界特性的影响

本文对带外挂物二元机翼的颤振特性进行了理论和实验研究,主要分析机翼与外挂物之间俯仰联接刚度对颤振边界的影响。在大量算例的分析基础上,给出了颤振频率及颤振边界变化的一般规律及对颤振边界类型的一般判别方法,颤振模型的风洞实验验证了理论分析结果的正确性。     

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。     

基于分段进化的遗传算法在机翼气动外形设计上的应用

与传统的优化方法相比,遗传算法以其极强的鲁棒性、随机搜索特性以及优化结果的全局性等特点而在工程优化中得到越来越广泛的应用.标准遗传算法中使用的二进制编码类似于生物染色体的组成,使算法易于用生物遗传学理论加以解释,同时也使交叉、变异等遗传操作易于实现.此外,使用二进制编码还有助于充分发挥算法隐含的并行性.本文对传统遗传算法加以改进,在二进制编码下引入分段进化的概念,再配以高效的交叉、变异算子,充分发挥二进制编码固有优势的同时在很大程度上提高了算法的优化效率,并与Euler方程数值解法相结合,对机翼外形进行了气动优化设计.优化后机翼的升阻比有了显著提高,表明建立的优化模型是合理有效的.     

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。     

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。     

基于动网格技术的柔性后缘自适应机翼气动特性分析

研究了带柔性后缘的可变弯度自适应机翼在自适应变弯度过程中的气动特性.自适应变弯度过程中的气动力计算采用了基于弹簧理论的非结构动网格技术,求解NS方程时采用有限体积的二阶迎风格式离散,时间推进为隐格式双时间推进方法.通过计算柔性后缘机翼的升力特性、阻力特性及升阻比特性,并与带刚性后缘机翼的气动特性进行比较,发现柔性后缘机翼在后缘偏转时,其最大升阻比对应的迎角随着偏转角增大而降低.在中等迎角及接近失速迎角情况下,柔性后缘机翼升力系数明显优于刚性后缘机翼,并且其升力线变化较为平缓,有效迎角范围更大.     

飞机机翼损伤的气动模型及故障诊断研究

为了确保机翼损伤后飞机的飞行安全,提出了一种在线的故障诊断方法. 首先,根据输入输出特性,采用遗忘因子递推最小二乘法对飞机故障后的气动导数进行辨识,建立了机翼损伤故障的数学模型;然后,结合多模型方法和中心差分卡尔曼滤波器（central difference Kalman filter,CDKF）各自的优点,实现对机翼损伤的故障诊断,并采用强跟踪滤波器在线更新CDKF 的采样点,以增强CDKF 的自适应能力. 最后,通过仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

大气飞行条件凝结放热对机翼升阻特性影响

跨音速流动下,大气中水蒸气发生的非平衡凝结对机翼的升阻特性影响显著。本文对大气飞行条件下,绕ONERA M6机翼非平衡凝结流动进行研究。对攻角分别为1.07°、3.06°、6.06°非平衡凝结流动影响机翼周围流场分布进行分析。分析结果表明:与干空气流动相比,攻角为1.07°时,随着相对湿度从30%增加到60%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度继续增加到70%,机翼升阻比略有增大,为干空气的21.6%;攻角为3.06°时,随着相对湿度从30%增加到70%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度70%时,升阻比为干空气的41.5%;攻角为6.06°时,随着相对湿度从30%增加到70%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度70%时,升阻比为干空气的64.3%。     

外挂物对大展弦比直机翼颤振特性的影响

为提高带外挂物大展弦比直机翼的颤振速度,基于假设模态法提出一种带集中质量弯扭组合梁模态分析手段,结合片条理论考察外挂物不同质量及布置形式对机翼颤振特性的影响。首先,基于弯扭组合梁建立带外挂物大展弦比直机翼的结构动力学模型,并利用假设模态法得到其弯曲和扭转模态。其次,引入片条理论近似计算有限翼展升力面的气动力,调整外挂物的质量、数目及其在机翼展向和弦向的相对位置,得到外挂物对机翼颤振特性的影响规律。最后,利用在机翼前缘附近悬吊小质量外挂物可提高机翼颤振速度的优势,探究颤振速度恢复方法并提出颤振速度恢复的优化问题,使得携带外挂物的机翼与不携带外挂物的机翼颤振速度基本相同。研究结果表明,外挂物的不同悬挂方式可引起机翼颤振模态的跳转,在以俯仰为颤振主模态的机翼上可调整外挂物位置以恢复原机翼的颤振速度。     

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.     

上下反翼对双后掠乘波体低速特性的影响

相比于传统乘波体外形, 双后掠乘波体在保持高超声速良好性能的条件下能够提升乘波体低速气动性能, 但其仍存在低速稳定性不好等缺陷. 本文从密切锥乘波体理论提出给定前缘型线的乘波体设计方法, 通过给定三维前缘型线分别生成具有相同平面投影形状的上反和下反机翼双后掠乘波体. 使用CFD技术评估不同上下反程度外翼乘波体的低速性能, 分析升阻特性以及流场涡结构特点. 选取稳定性判据, 研究上下反翼对纵向和横侧向稳定性的影响. 结果表明, 机翼上下反对乘波体低速升阻特性影响较小; 不同外形均为纵向静不稳定的, 且俯仰力矩变化趋势比较类似, 机翼下反可使气动焦点位置后移, 提升纵向稳定性; 机翼上反有助于提升乘波体的横向静稳定性, 而下反则会下降; 机翼上反可以提升侧向稳定性, 且上反程度越大提升效果越明显; 同时机翼上反使乘波体的偏航动态稳定性有明显提升, 下反则会降低, 影响程度与机翼上下反程度呈正相关. 通过结果分析, 说明通过机翼上下反改善乘波体低速稳定性是可行的, 为乘波体在宽速域高超声速飞行器中的应用拓展了途径.      

紫藤萝复叶气动特性的风洞实验研究

树叶的形状重构和减阻能力在太阳能帆板、机翼结构、仿生天线设计和新型发电技术等方面具有应用价值.紫藤萝羽状复叶垂直悬挂于风洞中,在风速0~25m/s范围内进行正面和反面迎风测试.发现存在前期稳定、中间过渡和后期稳定3个阶段以及5个临界风速.在前期阶段叶轴随风速弯曲变化剧烈,出现小叶分层飞翼和分层多形状稳定.过渡阶段出现叶轴大幅低频振动和部分小叶小幅高频振动两种不稳定形式.后期出现两层或单一整体稳定,横截面形状分为锥形、楔形和U形.随着风速增大,复叶宽度减小,小叶层数逐步减少,直至出现流线形单一整体.随着雷诺数增大,复叶阻力系数先是快速下降,后又缓慢地趋于常数.复叶Vogel负指数绝对值$\vert \alpha \vert$随小叶数目的增大而增大.反面迎风时$|\alpha|$比正面迎风时大,但随着小叶数目增加两者趋于一致.当复叶旋涡脱落频率与叶轴固有频率接近时,叶轴出现大幅振动.理论分析得到叶轴振动的第二临界风速$V_2/\sqrt{E/\rho}$是$b/l$和$d/l$的函数,其中$E$,$\rho$,$d$和$l$分别为叶轴弹性模量、密度、直径和长度,$b$为变形后的复叶宽度,并由实验数据得到了其变化图.      

管间距对串联双圆柱表面压力分布特性的影响研究

对气液两相流中串联双圆柱表面压力分布特性进行了系统的实验研究 ,着重讨论了管间距的影响。实验双圆柱的间距比分别为 2 .0 ,3.0 ,4.0 ;截面含气率的范围为0～ 0 .3;来流雷诺数的范围为 3× 1 0 4 ～ 8× 1 0 4 。     

气动载荷压心变化对机翼结构重量的影响

借助PATRAN、NASTRAN有限元分析工具,着重研究机翼结构重量因气动载荷压心变化而产生的影响。气动载荷的压心变化通过在飞机巡航状态中某一个载荷情况下真实的气动载荷基础上叠加一个微小量的分布载荷来实现,保证新得到的气动载荷与原始的气动载荷总载保持一致,从而使得气动载荷的压心位置发生变化。通过理论分析和简单的有限元分析验证,得到了气动载荷压心变化下机翼蒙皮、长桁等单元的应力分布和增长规律,进而得到气动载荷压心变化与机翼结构增重之间的函数关系:气动载荷压心向翼尖方向移动1%,机翼结构重量增重2.46%。该结论可以为其他型号的民机机翼设计提供参考依据。     

气体介质对动力调谐陀螺仪性能的影响机理及调整措施

在动力调谐陀螺研制和生产过程中发现，陀螺从启动到稳定所需时间较长，在长时间随机漂移测试中，有明显的斜坡漂移。这在很大程度上降低了陀螺的性能，影响了陀螺的应用，经研究发现，陀螺的内部气体在这当中起着重要作用。本文详细分析了陀螺内部气体对动力调谐陀螺性能影响的机理，并提出了解决方法。     

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。     

开缝对风力机翼型空气动力学特性的影响

以S809翼型为研究对象,用CFD数值模拟计算的方法研究了在失速条件下,风力机翼型上下表面同时开缝的被动控制策略对翼型空气动力学特性的影响。采用基于速度耦合的SIMPLEC算法进行数值模拟,将四种常用的湍流模型(Spalart-Allmaras、k-e、k-w、k-w-SST)在12°和24°攻角下的计算结果和实验数据对比,得出了最优于翼型计算的湍流模型为k-w-SST。分析了缝隙位置、宽度和斜率对翼型气动性能的影响。结果表明:当开缝位置位于分离点附近时,翼型气动性能最优;当缝隙宽度为弦长的2%时,翼型气动性能最优;当缝隙和弦线的夹角为75°时,翼型气动性能最优,且在攻角超过24°时开缝对翼型的气动性能有不利影响。