高升力下二维构型阻力准确测量研究

翼型风洞试验阻力测量常使用尾迹流场测量积分求取阻力的方法,但各积分公式均建立在一定的假设基础上,有一定适用范围.在多段翼型流场N-S方程数值模拟和风洞试验的基础上,研究高升力情况下低速风洞阻力精确测量技术.通过N-S方程数值模拟求解多段翼型绕流场,分析尾迹流场的特点和常规风洞试验阻力计算公式推导时所作假设,提出新的更为准确的型阻计算公式;利用多段翼型绕流的数值模拟结果,积分表面压力和摩擦力求得翼型的气动特性,并利用计算得到的尾迹流场信息按照常规和新提出的风洞试验型阻计算公式计算阻力,将三者进行比较,检验提出的新型阻计算公式的准确性;通过风洞试验检验数值模拟得到的流场特点和新型阻计算公式.研究表明:在高升力条件下,传统型阻计算公式有很大的局限性,必须进行改进;提出的考虑尾迹区流动特点的新型阻计算公式能够得到更准确的阻力值.     

介质阻挡放电等离子体对翼型流动分离控制的实验研究

在低速开口风洞中进行了等离子体激励器对NACA0015翼型流动分离控制的实验研究.采用PIV技术,对翼型绕流流场进行了测量,显示了施加等离子体激励后流场的变化.通过五分量天平对升力和阻力的测量,研究了激励电压和激励频率对翼型流动分离控制的规律.研究表明,低风速下在翼型前缘施加等离子体激励,能够有效地控制翼型流动分离,在来流为20m/s时,最大升力系数增加11%,失速迎角增加6°;在给定的流动状态下,激励电压和激励频率存在一个阈值,不同迎角下该阈值不同,迎角越大,分离越严重,对激励强度的要求也越高.     

亚声速大迎角模型试验洞壁干扰修正方法研究

通过测量洞壁附近的压力分布来模拟透气壁试验段的洞壁边界条件，采用数值求解Euler方程的方法模拟模型在风洞中的绕流场，然后将洞壁边界条件用远场边界条件替换，用同样方法计算出模型在自由流中的绕流场，从而计算出洞壁干扰对模型的绕流场和气动力的影响。针对大迎角模型的洞壁干扰问题的特殊性，采用重叠网格技术，对飞机大迎角标模和SB-03模型进行了亚声速大迎角的洞壁干扰计算与修正。     

带振荡上仰翼型分离流研究

对带振荡的快速上仰翼型的非定常分离流问题进行了计算研究。采用微分形式的动力学方程和积分形式的运动学方程相结合的有效方法,以及可用于有分离流动的Baldwin-Lom ax 湍流模型,精确地模拟大雷诺数大攻角下的复杂流场。依据流场的不同特点,使用分区方法进行计算,保证了计算精度,大大节省了计算时间。文中分析研究了非定常前缘强旋涡的演化过程和气动力的变化,探讨了不同上仰率和振荡频率对分离流动的影响     

用预处理方法及可压Navier-Stokes方程计算低马赫数流动

用可压方法及预处理方法求解了低马赫数紊流流动,其中空间离散格式采用了Roe格式,紊流模型采用了DES模型.以绕NACA0012的紊流流动为例,分析了该方法对提高流动速度和精度的特性,并将其用到多段翼型及绕圆柱的非定常流动中.数值模拟结果表明,该方法能有效求解低速流动及混合流场问题,且具有较高的数值精度.     

直升机旋翼翼型及桨叶气动外形反设计分析

建立了一个基于余量修正思想的直升机旋翼反设计计算方法,用于直升机桨叶的气动外形设计研究.使用Poisson方程为控制方程生成围绕桨叶的贴体网格;在悬停状态下建立了以Euler方程为主控方程的旋翼流场求解方法,并采用了嵌套网格方法进行数值计算;在流场计算及网格生成基础上,采用MGM方程作为翼型反设计方程,建立了一套直升机旋翼翼型及桨叶气动外形的反设计方法.应用该方法,分别对二维翼型以及悬停状态下的旋翼桨叶进行了反设计分析.反设计结果表明,在给定的目标压力分布条件下,使用本文方法分别获得了满足要求的二维翼型及直升机桨叶外形,并与目标压力吻合良好.     

基于响应面法的跨声速翼型气动优化设计

基于响应面方法进行了跨声速翼型的气动优化设计。流场计算采用雷诺平均N-S方程。响应面模型采用二次多项式来构造，试验点的选取满足D优化准则。设计结果表明该方法只需通过较少流场计算就能对翼型的单个或多个设计点、在多约束条件下进行气动优化设计，设计质量较高，有较大的工程应用价值。     

POD降阶算法中对基模态表达的改进

由一系列已知的相近流场解重新组合成一组正交分解(POD)的基模态。利用这些模态的线性组合构造绕一任意翼型的流场,使计算的未知量数目仅为所取相近解流场个数,而传统方法的未知量数目为网格单元数的4倍,因此极大地减少了未知量的数目,将其用于翼型优化,计算量会显著减少。给定的一系列相近流场解,是通过计算快照得到的,这些快照是形成正交模态的根本,直接影响近似计算的准确程度。本文提出了一种新的扰动方法,即通过扰动翼型的关键控制点反求翼型函数得到快照。通过几个已知的翼型解对子空间的投影比较可以看出,该方法的空间表达能力优于常用的加局部凸起的H icks-H enne函数的方法,而且近似计算的准确程度也更好。最后,探讨了正交分解的必要性,阐明利用POD降阶模型方法计算流场可以迅速收敛的内在原因。     

跨声速风洞模型试验非线性洞壁干扰修正方法研究

简要介绍了ＣＡＲＤＣ高速所结合风洞试验和ＣＦＤ两种手段，发展的跨声速三维非线性洞壁干扰修正方法。该方法采用Ｅｕｌｅｒ方程和Ｎ－Ｓ方程模拟模型的绕流场，以实测的跨声速透气壁附近的压力分布作为风洞流场的边界条件，数值求解模型的风洞流场和自由流场，由两者之差得到洞壁干扰对模型气动力的影响。通过流场可视化软件可直观方便地分析洞壁干扰对跨声速模型绕流的影响。该方法已应用于七个模型在几种不同风洞试验段中的跨声速洞壁干扰修正，结果令人满意。     

基于旋转坐标系的高阶间断有限元方法非定常湍流数值模拟

基于高阶间断有限元方法(Discontinuous Galerkin method,DGM),对旋转非惯性系下耦合了修正的一方程S-A模型的RANS方程进行了离散求解。为了在稀疏网格上获得更贴近真实的物面形状,使用了多层高阶弯曲网格方法对物面进行拟合。非定常时间推进采用了隐式双时间步方法,每个时间步产生的线性系统采用预处理的方法,即广义最小残差方法(Generalized minimal residual method,GMRES)来求解。计算了旋转圆柱绕流以及经典翼型振荡算例的升力和力矩迟滞曲线,与实验结果以及前人的计算结果对比验证了本文方法的正确性和有效性。     

合成射流控制翼型分离的流动显示与PIV测量

合成射流是一种新型的流动控制技术,近年来引起广泛关注.本文首先利用热线风速仪测量了基于声激励的合成射流流动特性,确定了最佳输入信号频率;采用流动显示和PIV测试技术,研究了合成射流对二维翼型分离流动的控制效果.研究结果表明,合成射流可以有效地抑制二维翼型在大迎角下的分离流动;PIV测试结果进一步表明,合成射流开启后使翼型上表面分离区域减小,分离点后移.应用合成射流控制翼型流动分离,可以大大改善翼型在大迎角下的气动特性.     

基于格子Boltzmann方法的可压缩翼型绕流模拟

采用能够恢复可压缩Navier-Stokes方程的耦合双分布(DDF)格子Boltzmann方法(LBM)模拟了贴体网格下的NACA0012翼型绕流.首先在Ma＝0.5,α＝0.0,Re＝5 000状态下通过模拟低雷诺数流动检验了该方法;然后分别在Ma＝0.5,0.85和1.2,α＝-0.05,1.0和0.0状态下进行了模拟,并在Ma＝0.85时通过加密网格得到了更好的结果.为了避免转捩问题采用了无粘边界条件进行模拟,但得到的压力系数与实验结果吻合良好,证明了该方法的可靠性并显示了其模拟可压缩的潜力.该方法在翼型绕流上的应用为湍流流动的数值模拟提供了基础.     

一种适合全流速的流场数值方法

发展一种适合于所有流速的压力修正方法，在考虑了密度的可压缩性后，压力修正方程夸为对流扩散模型的，从而与般标量一样使用二阶中心差分离散。整个算法具有二阶精度，进一步使用多步压力修正来增强网格非正交时的收敛性态，在对流项离散中，设计了独特的人工耗散，也同样适用于所有流速，利用本算法求解全三维Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组，计算采用了非交错网格方案，使用Ｒｈｉｅ－Ｃｈｏｗ方法消除了速度－压力的不关联，     

自然层流超临界翼型的设计研究

阐述了研究发展我国自然层流超临界翼型ＮＰＵ－Ｌ７２５１３的设计思想，设计要求和转捩位置的判别技术和设计方法，首次提出了利用弱激波形成足够顺压梯度的自然层流超临界翼型设计思想，解决了维持层流所需的有一定顺压梯度压力分布形态和无激波超临界翼型的屋顶状压力分布要求的矛盾。风洞实验结果表明，所设计自然层流超临界翼型达到了设计要求。     

风力机翼型的多学科设计优化

为了解决优化计算和流场分析耦合求解的难题,并实现优化流程的自动化运行,采用多学科优化设计框架软件,针对风力机专用翼型运行工况,对低雷诺数航空翼型NACA 4412的气动性能进行优化设计。软件集成了翼型生成、网格划分、流场分析、优化计算4个模块。其中,流场计算采用N-S方程求解;优化方法为多岛遗传算法。优化结果表明,优化后翼型有较高的升力系数和相对大的升阻比,其升阻比提高了15.9%。该方法可以实现多学科领域的精确分析和整个优化循环过程的自动化运行,也能为其他气动外形的优化设计提供参考。     

二维翼型混合层流控制减阻技术试验研究

选择NACA0006系列层流翼型作为物理模型,使用FLUENT商用软件计算分析翼型表面压力梯度,结合对翼型后缘做局部优化修形增大顺压梯度范围以及在翼型前缘布置吸气控制单元并配套吸气装置形成混合层流控制减阻技术.风洞试验中应用红外成像技术测量翼型表面层流区域,探索研究了混合层流控制减阻技术的实用效果.试验结果表明:对翼型实施混合层流控制减阻技术后,明显增大了翼型表面的层流面积.     

低雷诺数下Mini-TED对翼型流动分离特性的影响PIV实验研究

介绍了安装有后移式微型后缘装置(Rearward Mini-TED)的NACA23012翼型流场结构的低雷诺数风洞实验结果。实验采用PIV技术采集了不同迎角时翼型周围的速度分布,测量了后缘附近 Mini-TED周围的详细涡旋结构,并与NACA23012原型翼型周围流场进行比较分析,以研究该 Mini-TED对翼面流动分离特性造成的影响,本实验以弦长为特征量的雷诺数为Re≈1.3×105。实验结果显示,Mini-TED对上翼面的流动分离有明显的抑制作用,尤其在较大迎角时更为有效,并且上翼面流速均高于对应迎角时原型翼型的翼面速度;下翼面流动在Mini-TED前方形成局部的低速区,造成静压升高,同时 Mini-TED 上方观察到对涡结构,形成低压区,二者共同作用的结果将导致后缘产生附加升力,增加翼型的低头力矩。上下翼面间的速度差比原型翼型有所增加,使翼型获得更高的升力。     

二维翼型实验的侧壁影响研究

本采用油流显示技术，测量模型弦向和展向压力分布的方法，对二维翼型风洞中的侧壁附面层影响进行了研究。为能更详细了解侧壁对模型的影响，采用不同弦长的模型和两个不同风洞的实验结果比较的方法，由油流显示揭示侧壁干扰流动图画，利用侧壁抽气和干扰修正方法，来消除侧壁对模型的影响，实验结果表明，选取合理的抽气方式可得到有效的二维实验结果。     

应用后缘装置的跨声速层流翼型多岛优化设计

高雷诺数状态下,自然层流技术(Natural laminar flow,NLF)是减小机翼表面湍流摩擦阻力的有效方法。然而由于层流翼面上大范围顺压梯度的存在使得后缘处的恢复压差更大,产生更强的激波。因此在减小摩擦阻力的同时又增加了激波阻力。本文采用后缘装置(Trailing edge device,TED)来控制翼型后缘处的激波强度,基于线性稳定性理论(Linear stability theory,LST)的eN方法对流动进行转捩判断,进而应用多岛并行多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithm,MOEA)以获得大范围层流区域和弱化激波强度为目标对翼型进行优化设计。优化结果表明合作均衡策略耦合进化算法可以快速地捕捉到该多目标问题的Pareto阵面解,阵面上翼型的波阻力和摩擦阻力性能较初始翼型大大改善。同时,采用后缘装置控制激波强度时,无论在设计点还是偏离设计点时,优化后翼型均具有良好的升阻力特性和鲁棒性。     

钝头机体用FADS系统的校准

基于缩比为1/7的F-14全机模型在马赫数Ma=0.73,0.90,1.05,1.20,1.39,迎角α=-4°~20°,侧滑角β=-8°~8°时的风洞测压试验数据,对钝头机体用嵌入式大气数据传感系统(Flush Air Data Sensing System, FADS)的3个校准参数上洗角、侧洗角及形压系数进行了校准。结果表明,基于三点式算法的不同测压点选择方案对上洗角及侧洗角的影响较大,与驻点测压孔呈对称配置的测压点校准效果较好,且上洗角与侧洗角的校准是相互独立的。而形压系数的校准与马赫数及有效迎角、有效侧滑角相关,随着马赫数的增加,形压系数数值上趋近于0。