两串列扑翼的相位差对平均推力影响机理的实验研究

在一个低雷诺数的循环水洞中,实验研究了前后翅翼之间的相位差对两串列扑翼平均推力的影响.利用一个三分量的Kistler 压力传感器来测量扑翼的瞬时力;利用一个数字粒子测速仪系统(TSI DPIV) 来测量扑翼的前缘涡以及其周围的流场. 当相位差从0° 增加到360°,前翅的平均推力随着相位差正弦变化;前翅平均推力的增加是由于后翅的前缘涡和滞止区域增加了前翅的有效攻角. 后翅平均推力曲线有一个明显的V 字形低谷.低谷处较小的平均推力是由于前翅的脱落涡抑制了后翅前缘涡的形成并且减小了其有效攻角.当间距为0.5倍弦长相位差约为290°时,前后翅翼平均推力系数的合值能达到最大值0.667,明显大于两倍的单翼平均推力系数(2×0.255).      

基于窗耦合结构的HIAF RFQ高频腔体研究

作为直线加速器的前级聚焦加速部分,RFQ(射频四极场) 在束流动力学和运行稳定性上都应表现良好,需要保持电场平整和电磁强耦合。为实现这两个目标,提出并研究了窗耦合结构。针对工作频率为81.25 MHz 的1 m长模型腔,利用三维电磁仿真软件CST MWS微波工作室对传统的四翼型、四杆型高频结构进行了仿真,并重点研究了窗耦合型结构。对开窗的对称方式、开窗的个数和大小等进行了分析,发现合适的窗耦合结构能保持较为紧凑的横向尺寸同时能耗适中,同四翼型结构相比二极模频率也远离了运行频率。为验证模拟结果,建造了一个铝模型腔,并对模型腔进行了冷模测试,实测频率为81.41 MHz,相邻模频率差为10.74 MHz,与模拟结果接近。仿真模拟和模型腔测试的结果表明,窗耦合四翼型结构可作为较低频率RFQ的一种设计。As a focusing and acceleration element in front part of the linear accelerator RFQ, should have ahigh performance in both beam dynamic and operation stability. It requires the electro-magnetic field of RFQ to keep uniform and strongly coupled. In this paper the window coupled structure is proposed and investigated to meet the requirements of RFQ design. Different structures have been compared and analyzed, including four-vane type and four-rod type, and the four-vane type with windows. It was concluded that window-coupled structure is more compact in the transverse dimension with modest power loss and the dipole frequency is far from the operation frequency compare to the normal four-vane structure. A one-meter long and frequency of 81.25 MHz model-cavity of alumimum was employed as a sample and simulated by using the microwave studio of CST. The low power RF test results show that the operating frequecy is 81.41 MHz and the nearest mode frequency separation is 10.74 MHz, which is in good agreement with the simulated values. It is concluded that the window-coupled structure is a candidate for low frequency RFQ.     

基于三路舵机驱动的扑翼飞行模型气动特性研究

扑动而形成非定常气动现象是扑翼飞行过程中产生高升力的主要原因。本文以Ellington实验的鹰蛾翅膀为原形,设计扑翼实验及数值计算模型。通过压差传感器对翅膀模型上翼面固定位置进行测压,分析前缘涡的产生及脱落情况(考虑动压效应)。测量上下翼面固定位置处的压差,揭示扑翼飞行中产生高升力的主要原因。利用烟风洞观察扑翼模型周围流场结构及特殊涡产生变化情况。另外,根据Ellington提供的升力关系式估算了扑翼模型在一个周期内的平均升力。最后,基于三维欧拉方程对扑翼飞行气动特性进行数值模拟,计算结果与实验吻合良好。     

高速飞行器中空翼结构高温热振动特性试验研究

远程高速飞行器飞行速度快, 滞空时间长, 飞行过程中翼、舵等结构会出现长时间的剧烈振动, 由气动加热产生的高温还会使飞行器材料和结构的弹性性能发生变化, 从而引起翼、舵等结构振动特性的改变.因此获得高温与振动复合环境下的远程高速飞行器翼、舵等结构的振动特性参数对于高速飞行器的安全设计具有非常重要的意义.将高温热环境试验系统与振动试验系统相结合, 在对中空翼面结构进行振动激励的同时使用红外辐射加热方式对翼面结构生成可控的热环境, 并通过自行设计的耐高温引伸装置将中空翼结构的振动信号传递到非高温区进行数据采集与分析的方式, 实现了高达800℃~900℃的力热复合环境下的翼结构固有频率、模态等振动特性参数的试验测试, 其试验结果为远程高速飞行器中空翼结构在高温振动环境下的动特性分析和安全可靠性设计提供了重要依据.     

新型排翼式浮升一体化飞艇的布局设计和气动研究

以传统的NACA系列翼型为基准,设计一类实用高效的新型排翼式浮升一体化飞艇.通过数值计算,对浮升一体化飞艇的气动问题和布局设计展开系统的研究,综合分析和评估各气动布局形式的浮升特性.研究结果表明:排翼式浮升一体化飞艇不仅具有接近常规飞艇的体积效率,而且利用后翼对前翼下表面气流形成的阻滞和排翼重叠区域之间的气流加速作用,其总体升阻比较单排翼增大50%以上,当速度大于30 m·s^-1之后可以使飞艇的自重降低,有效载荷提高;同时,排翼式飞艇的弦向尺寸较小,可有效降低材料的表面张力,为高空飞艇表面柔性材料提供了较宽的选择范围.     

一种用于研究鹰蛾悬停飞行的扑翼实验装置

研制了一套新型的能够在空气中模拟鹰蛾悬停飞行的扑翼模型实验装置。装置由模型翼面和主体、舵机驱动单元、运动控制与检测、测力天平和采集系统等五部分构成。模型在计算机的控制下按照鹰蛾悬停飞行的活体观测数据完成扑翼运动。与此同时,系统采集得到扑翼的实际运动曲线以及模型所受到的非定常气动力。实验结果表明,模型扑翼运动能很好地复现鹰蛾悬停飞行的动态过程;所测得的气动升力与鹰蛾的悬停条件相一致;由模型实验的升阻力数据所得的挥拍面前倾角也与活体观测结果相吻合。该模拟实验装置运动调节灵活,执行便捷,操控可靠,且能够测量空气中的微小非定常气动力,这为进一步深入研究扑翼运动的机理提供了方便的手段。     

前后双扑翼水平距离及相位差对其气动性能的影响

通过在动态网格上求解Navier-Stokes方程,对前后双扑翼的非定常粘性流场进行了数值模拟和气动干扰分析,考察了前后翼不同水平距离和不同相位差对其气动力和气动效率的影响。结果表明,扑动前翼和静止后翼间的气动干扰在各种不同水平距离下都有利于气动特性的改善,但气动干扰的作用随着前后翼水平距离的增大而减弱;前后双翼扑动的相位差是影响气动性能的重要参数,两翼间的气动干扰是否有利则与相位差和水平距离有直接联系。     

基于线性抛物化稳定性方程的后掠翼边界层内横流稳定性研究

采用有限差分法求解考虑模型曲率的线性抛物化稳定性方程(LPSE),分析无限展长后掠翼边界层内的横流驻波不稳定,并与实验结果进行对比,研究LPSE方法的模拟效果及其适用范围.研究表明,在横流驻波扰动增长的初期,LPSE能够准确的预测扰动的e^N曲线,较好地描述边界层内的流动结构和扰动形态;当扰动增长到足够大时,扰动的高阶项不能再被忽略,LPSE的线性假设不再成立,需要采用非线性的方法(NPSE)来分析该状态.计算分析发现,模型曲率和边界层非平行性对后掠翼边界层内横流驻波的稳定性分析影响很大,影响程度与雷诺数无关.对于本文研究的模型,曲率对边界层内的横流扰动起着稳定的作用,而非平行性对扰动起不稳定的影响.     

扑翼尾迹中细丝的柔性对气动效能的影响

柔性对生物的运动起着至关重要的作用,例如鸟类的飞行和鱼类的游动.对柔性的研究有利于深刻地认识一些动物的运动机制和制造高效推进的仿生机器.文章在侧向自由弹性细丝的模型基础上,对不同柔性细丝的气动效能进行了研究.数值模拟结果表明,在Kárman涡街中,细丝的阻力系数随着其柔性减小而减小,细丝尾端的振幅随着其柔性减小而增大.结果还表明,在一定范围的Reynolds数下,减小细丝柔性,细丝由在涡核之间穿梭摆动运动模式变成在涡街外侧摆动运动模式,其尾涡的对称性也发生了明显的变化.      

多翼离心风机的气动噪声预测

针对目前不同型号的多翼离心风机采用降噪方法的不确定性,提出了一种基于非定常流场的多翼离心风机气动噪声分析方法,不需要直接求解声场却能为多翼离心风机降噪提供有用信息.对风机内部非定常流场进行计算,结合时域和频域方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析,根据声学基本理论,判定主要气动噪声源的位置及噪声类型.用该方法对某多翼离心风机进行计算,实验与理论分析的结果吻合良好.