飞行器外形多目标多学科综合优化设计方法研究

从多目标多学科综合设计的角度出发，探讨了飞行器外形优化设计方法。建立了针对飞行器外形设计的气动与隐身一体化优化设计模型；采用Pareto遗传算法，建立了多目标优化设计方法；并针对具体算例进行气动外形与隐身特性的综合优化设计，将所得优化设计结果，与初始外形相比较，可以看出，优化后气动和隐身性能都有较大提高，实际结果表明本文提出的方法具有可行性和适用性。  

单边膨胀喷管红外辐射特性的数值模拟

 通过计算流体力学/红外辐射(CFD/IR) 数值模拟的方法,研究了单边膨胀喷管(SERN)膨胀边开缝、膨胀边倾斜角度和喷管收敛通道面积比这3个结构参数对单边膨胀喷管气动性能和红外辐射特性的影响规律。模拟结果表明：单膨胀边上开缝后,红外辐射强度有较为显著的下降,气动性能也得到改善;其中, xOz 坐标平面尾焰红外辐射强度峰值下降26.4%, yOz 坐标平面尾焰红外辐射强度峰值下降25.2%,单膨胀边壁面平均温度从643 K下降到335 K左右;单膨胀边倾斜角度增大,使得喷管推力矢量角增大,轴向推力系数减小，对高温内壁面和喷管尾焰的遮挡效果减弱;收敛通道面积比的增大使喷管红外辐射强度降低的同时,也使喷管的推力相应减小。  

罩量调节对风扇／压气机气动性能和强度影响的研究

本文采用现代工程方法,即用二维软件模拟设计,用三维程序计算特性作对比分析的方法,通过对高、中、低三个不同负荷水平风扇转子各罩量调节方案的分析,得出结论:对低、中负荷水平的风扇转子,小罩量调节,即在工程上采用的罩量数值范围内,罩量调节对气动性能影响很小;但当所采用的罩量值过大,不但达不到罩量调节的目的,而且会使特性恶化,喘振裕度降低。对高负荷水平的风扇转子,仅通过工程上罩量调节的方法将无法满足强度要求,需采用空间曲线的积叠方法。  

翼伞平面形状对翼伞气动性能的影响

 对带气室的展弦比为3的不同平面形状翼伞模型的流场进行了三维定常数值模拟,详细考察了平面形状对翼伞气动性能的影响。运用有限体积法对三维坐标系下不可压雷诺时均Navier-Stokes(RANS)方程进行了直接求解,采用剪切应力输运(SST)k-ω二方程湍流模型进行湍流模拟。数值模拟得出的原始翼伞的气动性能参数与试验数据在总趋势上符合很好,多种平面形状的翼伞模型计算结果表明:椭圆形翼伞模型获得最小阻力系数,前缘切口改变了上下缘流态使其升力系数并非最大;前缘后掠能明显减小翼伞阻力;由于翼伞中部区域对有效升力贡献更大,前缘后掠的翼伞模型获得最大升阻比;阻力对翼伞升阻比影响很大,前缘切口阻力是总阻力的主要来源之一,且是一种二维效应的阻力。该文可为进一步研究更多不同几何参数的翼伞模型提供参考。  

有中心锥圆排波瓣喷管引射器内流场模拟

为了了解有中心锥圆排波瓣喷管引射器内流场和温度场的特性，从圆柱坐标系出发，推导了非正交曲线坐标系下引射器内流场的基本方程，采用SIMPLEC算法和一种完全压力修正方法，在同位网络上求解了流场控制方程，并与实验测量结果进行了比较，结果表明，在中心锥壁面的作用下，圆柱混合管中流向涡很快形成，次流的低温等值线可以延伸至混合管中心轴线处，计算结果与测量值符合较好。  

叶片加工误差对压气机叶栅气动性能的影响

压气机叶片在加工过程中会造成加工成型的叶片与设计者的初衷有一定的偏差。为了获知偏差对叶片气动性能的影响,结合我国现有的叶片检测方法,采用单因素法数值研究了叶片扭转、轮廓度、前后缘半径、前后缘形状及弦长误差对叶片气动性能的影响规律。研究结果表明,不同位置、不同大小的误差对性能影响不一,其中叶型扭转、轮廓度及前缘(半径、形状)误差是影响性能的主要参数,而尾缘(半径、形状)误差对性能影响不明显。其中0.5°的扭转误差会恶化性能高达46.56%,0.1mm的轮廓误差最高恶化性能达20.40%。所获得的误差影响规律可以用于提供合理的加工技术要求及制定叶片质量评判标准。  

间隙变化对新型涡轮密封气动性能影响的数值分析

针对涡轮叶顶密封性能的提高，对圆形凹槽式迷宫密封的密封特性进行了研究。通过数值模拟一级半涡轮叶冠内及转子出口处的流场结构，分析了密封作用机理，密封间隙变化与泄漏损失以及掺混损失之间的关系。结果表明，圆形凹槽的容积效应促使泄漏流发生小角度偏转，降低了泄漏损失与掺混损失；密封间隙分别为0.3mm，0.5mm时，凹槽的存在改变了腔室内涡流涡核的位置；不存在凹槽时，间隙由0.3mm增大到2mm，泄漏系数增大53.3%；存在凹槽时，泄漏系数增大47.7%；间隙增大到1mm，掺混损失明显增大，凹槽密封掺混损失相对于光滑面密封掺混损失减少量保持在0.044左右。  

地效飞行器大迎角近地面飞行分离流动数值研究

 本文利用Fluent软件求解定常可压缩流动的质量加权平均N-S方程和标准 湍流模型，数值模拟地效飞行器大迎角近地面飞行的全机流场，研究地面效应引起的分离流动。研究结果给出了大迎角近地面飞行机翼上翼面分离流动随飞行高度的变化规律，分析了飞行高度降低引发流动分离的原因，阐述了流动分离对气动性能的影响规律。  

槽道宽度对压气机叶栅气动性能的影响

数值模拟了槽道宽度对压气机叶栅气动性能的影响.结果表明,在4种采用不同槽道宽度的叶片开槽流动控制方案中,槽道出口射流均能有效吹除叶片吸力面尾缘附面层气流,提高叶栅气动性能,并存在使叶栅性能提升最大的最佳槽道宽度;随着槽道宽度增大,槽道出口射流流量及其作用范围得到增大,但同时也增加了射流在槽道出口处的流动损失,限制了射流的作用效果,从而使大槽道宽度时的叶栅性能下降.  

改进的翼型积冰数值模拟方法

基于微团概念,以雨滴运动的基本假设出发,对翼型积冰的拉格朗日方法进行了改进.新方法克服了原方法计算效率低、冰形同雨滴分布密度及网格密度相关的缺点,继承了原方法的鲁棒性,不存在欧拉方法的收敛性问题.为验证方法的正确性,计算了NACA0012翼型在0°和4°攻角下的霜冰积冰情况、表面水收集量和局部撞击系数.结果表明新方法减少了计算量,预测的冰形和实验结果一致,并分析了积冰对气动性能的影响.