横摆振荡翼型动态气动掠效应试验研究

大型风力机设计对获取翼型更加全面、准确的动态载荷提出更高要求, 研究翼型横摆振荡动态气动特性具有重要意义. 借助     

风力机叶片翼型动态试验技术研究

风力机叶片动态振荡过程往往伴随着俯仰和横摆同时进行, 以前对许多动态问题不清楚的阶段, 工程上不惜以增加叶片重量为代价而采用偏安全的设计, 通常忽略横摆振荡的影响; 大型风力机设计对获取翼型更加全面、准确的动态载荷提出了更高要求, 研究横摆振荡对翼型动态气动特性的影响规律具有重要意义. 本文首次开展翼型横摆振荡动态风洞试验研究, 采用“电子凸轮”技术代替机械凸轮实现了振荡频率和振荡角度的无级变化, 基于设计的电子外触发装置实现了对动态流场的实时测量, 实现了风洞来流、模型角位移和动态压力数据的同步采集, 分别开展了翼型静态测压、俯仰/横摆动态测压、粒子图像测速和荧光丝线等试验研究, 试验结果准度较高、规律合理; 分析了动态试验洞壁干扰影响机制. 研究表明, 横摆振荡翼型的气动曲线也存在明显迟滞效应; 随着振荡频率升高, 翼型俯仰和横摆振荡下的气动迟滞性均增强; 翼型俯仰振荡正行程的动态失速涡破裂有所延迟; 洞壁与模型端部交界处的强三维效应对翼型压力分布影响较大; 建立的横摆振荡试验技术可为风力机动态掠效应的研究提供技术支撑.     

基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究

针对直升机旋翼反流区因反流动态失速导致的非定常载荷、阻力激增以及负升力等问题,开展了基于后缘小翼的翼型反流动态失速主动控制试验研究.采用动态压力测量结合翼型表面压力积分的方法,重点分析了后缘小翼不同的振荡相位差、幅值和减缩频率对反流动态失速控制的影响规律,对比了后缘小翼动态偏转和固定偏转的差异,试验雷诺数Re=3.5×10⁵.结果表明,当后缘小翼与翼型以相同的频率正弦振荡运动,且二者的相位差为0°时,能改善反流动态失速过程中钝几何前缘的流动分离,并在反流状态下实现了翼型负升力系数下降21.2%,阻力系数下降37.5%,俯仰力矩系数迟滞环面积下降44.6%的控制效果;动态偏转的后缘小翼对翼型反流动态失速的控制效果随后缘小翼振荡幅值的增加而增加,但进一步增加振荡幅值对于控制效果的提升有限;当减缩频率增加时,动态偏转的后缘小翼对反流状态下翼型阻力的控制效果会更加明显;后缘小翼的动态偏转与固定偏转都能有效改善翼型在反流中的动态气动性能,但是动态偏转对于不同翼型迎角的适应能力优于固定偏转,并取得了更好的非定常载荷控制以及更好的阻力和负升力改善效果.     

折算频率对翼型动态升力特性影响的初步研究

本文根据在西北工业大学翼型研究中心（ＣＡＤＲ）进行的ＮＡＣＡ００１２翼型动态特性研究,着重介绍测力法研究中,滤波器截止频率和动态特性研究中最重要的相似准则折算频率影响的研究结果．结果表明,对动态特性研究而言,恰当的滤波器截止频率是获得正确结果的必要条件,在此基础上,通过改变折算频率,得出它对升力特性影响的可信结果．     

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。     

旋翼翼型动态失速流场特性PIV试验研究及L-B模型修正

为测量翼型动态失速的非定常涡流场特性,采用3D-PIV 技术,对典型直升机旋翼翼型SC1095 的动态失速流场特性进行测量,发现涡在不同位置处的输运速度不同：位于翼型表面的涡的无量纲速度为0.39,位于尾迹区的涡的无量纲速度为0.55. 利用前缘涡输运速度变化这一特征,改进了经典的翼型动态失速利什曼-贝多斯（Leishman-Beddoes,L-B）模型,将该模型中固定的涡时间常数修正为可以随涡位置变化的时变函数,修正后的模型计算得到翼型法向力峰值相对原L-B 模型提升5%,力矩系数负峰值相对原L-B 模型提升13%,与试验值相比更加吻合,表明修正后的翼型动态失速模型更好地体现了翼型前缘涡的物理特征.     

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。     

等速上仰翼型尾部流动观察及动态失速机理探讨

在尾缘处置氢气泡铂丝,观察了上仰翼型自尾缘流入尾迹的涡层。基于尾涡层及(以往)上翼面分离涡的观察,用涡动力学理论,探讨了动态失速的机理,并解释了新的失速现象。     

基于气动特性翼型参数化方法的适用性研究

翼型的优化设计在飞机的研发生产过程中占据相当重要的地位,因为翼型的几何外形会直接影响到飞机的整体气动性能．合理选择恰当的翼型表达方式是翼型优化设计成功的关键之一,其中,参数化方法在近年来得到了广泛应用．针对翼型参数化方法,提出“几何鲁棒性”和“性能鲁棒性”作为评判方法优劣的重要参考标准．选取三种常用的翼型参数化方法--NURBS、CST和PARSEC方法,七种不同类型的翼型,采用四项指标作为系统的评判准则来研究各方法的拟合精度与多点扰动下的几何鲁棒性,并利用Foil Design软件计算气动性能的相关数据,研究各方法在多点扰动下的性能鲁棒性．经对比分析,这三种参数化方法对大部分翼型均具有良好的表达能力,且不同程度地体现了一定的几何鲁棒性与性能鲁棒性．     

等速上仰翼型分离流动结构的研究

本文通过在翼型上游和翼表面边界层内放置产生氢气泡的铂丝的方法,清楚地显示了上仰翼型分离剪切层的结构。揭示了在不同的翼型转动角速度范围内,存在三种分离流结构。研究了失速涡,剪切涡及起动涡随时间的演变,它们之间的相互作用和转动角速度等参数的影响,分离剪切层的流动显示结果,结合翼型上气动力与流场中涡量矩的关系的理论,定性地解释了上仰翼型产生非定常高升力的原因。     

冲击加载下材料应力应变曲线振荡现象的研究综述

在冲击加载下获得的材料应力应变曲线往往具有显著的振荡,长期以来由于很难判断振荡的真伪,即不确定振荡是试样材料的本征特性还是纯粹的机械加载等带来的影响,故曲线的振荡往往没有从真实应力应变曲线中直接消除。但这种振荡的存在掩盖了真实的材料响应,导致很难准确确定材料的动态屈服强度,也影响了材料动态本构关系的建立及本构模型参数的准确性,这对重大装备工程在冲击载荷下的优化设计及安全可靠性带来不利影响。针对这个长期困扰科研和工程技术人员的普遍性问题,本文综述了冲击加载下材料应力应变曲线振荡现象的研究进展,首先从加载系统设计、应力波传播、试样变形分布等方面分析了动态测试曲线中出现振荡的原因;其次依据振荡成因重点论述了抑制或消除振荡现象的方法;最后总结了现阶段研究的突出问题,并对未来发展方向提出一些建议。     

Fluid forces on a very low Reynolds number airfoil and their prediction

This paper presents the measurements of mean and fluctuating forces on an NACA0012 airfoil over a large range of angle (α) of attack (0-90°) and low to small chord Reynolds numbers (Re_c), 5.3 × 10³-5.1 × 10⁴, which is of both fundamental and practical importance. The forces, measured using a load cell, display good agreement with the estimate from the LDA-measured cross-flow distributions of velocities in the wake based on the momentum conservation. The dependence of the forces on both α and Re_c is determined and discussed in detail. It has been found that the stall of an airfoil, characterized by a drop in the lift force and a jump in the drag force, occurs at Re_c ? 1.05 × 10⁴ but is absent at Re_c = 5.3 × 10³. A theoretical analysis is developed to predict and explain the observed dependence of the mean lift and drag on α.     

导流板对腔口流体自持振荡影响的研究

腔口流体动力自持振荡的频率和导流板的长度有一定关系。本文通过对跨越腔口非稳定层和自持振荡的理论分析，并通过对不同长度导流板的腔、低速流激自持振荡均方压力谱分析的实验研究，给出流激自持振荡的频率与导流板长度之间的关系。流体动力振荡和腔的声驻波共振耦合时，腔内振荡的均方压力达到最大值。根据流速变化时，均方压力谱峰值频率的偏移，分析了导流板长度对流引起的流一腔系统耦合共振的影响。     

金属连接导管振动疲劳极限测试方法研究

为确定滚压和焊接钛合金导管的振动疲劳极限寿命,采用HB5277-84规定的振动疲劳试验方法和失效准则。分别利用激光位移传感器和电阻应变片测定了试件的第一阶频率和规定加速度载荷激励下的试件悬臂端位移及试件根部的应变。试验发现：对于具有连接特性的试件在进行定频振动疲劳试验初期,试件第一阶响应频率快速下降,此时试件并未发生裸眼可见破坏和裂纹。为满足产品定寿要求,采用逐级增加试验载荷进行扫频振动试验,直至试件频率稳定以及根部应变和端部位移达到试验要求后,再进行正式定频振动疲劳试验,仍采用依据频率下降1%作为失效准则完成了所用规定试验。     

风力机翼型动态失速等离子体流动控制数值研究

针对动态失速引起的风力机翼型气动性能恶化的问题,本文基于动网格和滑移网格技术,开展了大涡模拟数值计算研究,探索了非定常脉冲等离子体的动态流动控制机理.结果表明,等离子体气动激励能够有效控制翼型动态失速,改善平均和瞬态气动力,减小力矩负峰值和迟滞环面积.压力分布在等离子体施加范围内出现了负压\"凸起\",上翼面吸力峰值明显增大.脉冲频率和占空比这两个非定常控制参数对流动控制影响显著,无因次脉冲频率为1.5时等离子体控制效果较好,占空比为0.8时即可接近连续工作模式下的气动收益.翼型深失速状态,等离子体促使流动分离位置明显向后缘移动,抵抗了大尺度动态失速涡的发生,分离涡结构破碎耗散、重新附着,涡流影响范围减小;浅失速状态,等离子体激励具有较强的剪切层操纵能力,诱导了翼型边界层提前转捩,促进了与主流的动量掺混.等离子体气动激励诱导出前缘附近贴体翼面\"涡簇\",起到了虚拟气动外形的作用.不同尺度、频域的动态涡结构与等离子体气动激励的非线性、强耦合作用导致了气动力/力矩的谐波振荡.