基于iSIGHT平台的三维机翼气动优化设计

基于iSIGHT设计平台,结合CFD软件Fluent对三维机翼进行多目标优化设计,以提高其气动性能．设计过程中采用NCGA(neighborhood cultivation)——邻域培植遗传算法,NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting)——非支配解排序遗传算法为优化算法,以N-S方程作为主控方程,对三维机翼优化．经过优化设计后结果表明,机翼的气动性能有了显著改善,该优化方法可推广用于多种翼型和机翼优化．     

TSTO马赫7安全级间分离问题的数值研究

两级入轨(two stage to orbit,TSTO)飞行器在高超声速来流条件下级间分离,会在两级之间产生复杂的非定常气动干扰,直接增加TSTO级间分离失败风险.级间分离过程中的这种复杂气动干扰伴随着两级之间的激波与边界层干扰、马蹄涡、激波与尾流干扰的综合作用.本文将TSTO助推级和轨道级的复杂模型简化为两个三维楔...     

Parametric studies on relationships between flutter derivatives of slender bridge （Ⅱ）

Based on curve fitting of coefficients of three component forces of the Messina Straits Bridge, and the previously proposed semi-analytical expressions of flutter derivatives of flexible structure, the change of flutter derivatives of slender bridge cross-section with respect to its aerodynamic center, rotational speed and angle variation is studied using a parametric method. The calculated results are compared with the measured ones, and expressions of flutter derivatives of the Messina Straits Bridge are derived. The intrinsic relationships existing in flutter derivatives are validated again. It is shown that the influence of the rotational speed on flutter derivatives is not negligible. Therefore, it provides an additional semi-analytical approach for analyzing flutter derivatives of the bridge with streamlined cross-section to get its aerodynamic information.     

高温热化学非平衡气动热试验与仿真技术研究进展

临近空间新型飞行器向全空域、更高马赫数发展,面临的气动热环境会越发恶劣,高温流场气动热预测技术是该类飞行器发展的关键技术之一.高超声速气流通过激波压缩或黏性阻滞减速,分子动能转化为内能,产生了高温.高温引起体分子振动、电子激发,伴随离解、电离反应等一系列复杂气动物理现象,其流场气动热预测面临诸多挑战.文章对高温热化学非平衡气动热预测技术的发展情况进行了分析探讨.首先,阐述了国内外高温气动热地面试验技术的发展历程,重点介绍分析了气动热风洞试验设备的模拟能力及目前试验测试技术的研究水平;然后,调研和讨论了高温气动热数值模拟研究现状,分别从热化学模型、辐射输运和壁面催化/烧蚀等多个角度探讨了热化学非平衡流场气动热数值模拟规律;最后,对气动热预测技术的发展趋势进行了讨论,提出了高温气动热试验与仿真技术后续应重点解决的问题.     

斜置飞翼大型超音速客机气动设计研究

对一架巡航马赫数为1.41的斜置飞翼大型超音速客机进行了气动设计,包括翼型设计以及机翼模型的生成.采用翼型参数化控制方法调整机翼的平面形状、扭转、弯曲和厚度分布,使机翼具有一个近似的椭圆载荷分布和Sears-Haack面积分布.通过研究升力系数和后掠角对斜置飞翼升阻比的影响,得到一个无黏的最佳设计结果.     

微型四旋翼飞行器最佳旋翼间距布局研究

为研究悬停状态下不同翼间距对微型四旋翼飞行器气动性能的影响,结合整机试验和数值模拟,分析了不同旋翼间距下微型四旋翼飞行器拉力和功耗的变化规律。在样机试验中,通过搭建试验平台对间距比l/d范围1.1～2.0的微型四旋翼飞行器进行了拉力和功耗的测量,确定了相同功耗条件下具有较大拉力的最佳旋翼间距范围。为更直观地得到旋翼间气动干扰对整机气动性能的影响,通过CFD方法对微型四旋翼飞行器流场进行了仿真,得到了不同间距下的压力、流线和涡量分布情况,进而对四旋翼飞行器在不同旋翼间距下表现出的不同气动特性进行对比。结果表明,与无干扰状态下的孤立单旋翼相比,四旋翼间存在的气动干扰在合理的旋翼间距下可以保持涡流完整,并有助于提升四旋翼系统的拉力。最后,通过试验和仿真对比发现,在旋翼间距为1.8d时,四旋翼飞行器具有较大的功率载荷和良好的气动特性,是该四旋翼飞行器整机的最佳气动布局。     

基于蜗舌改型的空调用离心风机流动分析及降噪研究

本文采用计算流体动力学和声类比相结合的混合方法对空调用离心风机进行流场以及声场的计算,同时进行风机风量和噪声的实验测量,验证所采用的数值计算模型和计算方法的有效性.针对原型非常规蜗壳,提取蜗壳中间截面型线进行直蜗舌的蜗壳设计,在此基础上设计了三种倾斜蜗舌的蜗壳.根据数值计算结果,对最优倾斜蜗舌进行了实验验证。经实验测试,风机在各个工况点风量均有提升,在最大风量点风量提升6.0%,噪声降低1.4 dB(A).数值分析风机内部流动特征及噪声特性,发现在蜗舌附近流动区域内湍流强度和涡量明显减小,在叶片通过频率处声功率谱密度以及噪声峰值明显下降,这也表明风机的旋转噪声得到了有效控制。     

刷式密封对透平级气动性能影响的研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST紊流模型的泄漏流动数值方法对比研究了动叶叶顶迷宫密封和刷式密封的1.5级汽轮机高压缸透平级的气动性能.数值预测实验测量的刷式密封泄漏量与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。详细分析了动叶叶顶迷宫和刷式密封两种结构对1.5级透平级叶顶间隙泄漏特性和气动性能参数的影响特性.结果表明:在相同工况下,相比于叶顶迷宫密封结构,叶顶刷式密封可使透平级级效率提高0.15%,叶顶间隙泄漏量降低30.74%。叶顶刷式密封和迷宫密封结构对透平级反动度和动叶出口气流角的影响基本相同.叶顶刷式密封中刷丝束前后压降大于迷宫密封中相同位置处迷宫齿前后压降,刷丝束起主要封严作用.     

考虑气动参数扰动的再入轨迹快速优化方法

针对传统再入轨迹优化方法收敛速度慢、对初值敏感程度高等的局限性,提出了一种基于序列凸优化的再入轨迹快速求解方法.该方法以倾侧角的变化率作为控制量,改进了现有凸化策略,考虑到抑制数值优化过程中由于数值离散方式带来的锯齿化现象,采用 B 样条曲线离散控制量,同时为避免算法在初始猜想值附近出现伪不可行的问题,增加额外虚拟控制量,通过一种"回溯直线"搜索的方法,提高算法的稳定性、快速性和寻优结果的光滑性.为研究飞行器再入过程中的气动参数扰动问题,采用采样点少、易于实现,计算效率高的广义混沌多项式理论研究方法,建立了基于广义混沌多项式和凸优化相结合的再入轨迹鲁棒优化模型,该模型在优化过程中考虑气动参数扰动对寻优结果的影响作用,避免了传统轨迹与制导律的复杂迭代设计环节,可有效降低优化轨迹对气动参数扰动的敏感程度,在气动参数不确定条件的干扰下,依然可以保证飞行器顺利安全的完成飞行任务.最后,以美国某可重复使用飞行器的再入任务为例,验证了基于序列凸优化的再入轨迹优化方法的快速性以及鲁棒优化模型对气动参数扰动的抗干扰性能力,表明了该方法具有一定的工程应用性.      

平流层飞艇气动外形优化设计:螺旋桨的影响

建立综合螺旋桨影响的平流层飞艇气动外形优化设计平台.采用Hicks-Henne型函数法参数化艇身轮廓,发展IDW-TFI混合动网格技术实现变形网格高效生成;基于作用盘理论模拟螺旋桨,建立飞艇流场高效数值求解方法.以LOTTE飞艇作为初始外形,阻力系数最小为目标,飞艇体积作为约束条件,通过NLPQL算法寻优获得最佳艇身设计方案.优化后飞艇的尾部形状较平坦,艇身最大横截面位置前移,气动性能得到明显改善,其阻力系数相对于初始外形降低了26.88%.