基于合成射流的旋翼翼型动态失速控制研究

针对直升机旋翼工作环境下来流速度和迎角(Angle of attack,AoA)耦合引起的动态失速问题,建立了基于合成射流的旋翼动态失速控制的数值模拟方法。采用运动嵌套网格方法,通过对翼型的平移和旋转实现变来流速度-变迎角的耦合。以积分形式的雷诺平均N-S方程为主控方程,空间离散使用Roe格式,时间离散为隐式LU-SGS方法,以OA209翼型为研究对象,在翼型上表面放置合成射流激振器,开展了射流位置、动量系数、无量纲频率以及偏角等参数对轻度失速、深度失速下翼型动态失速控制的研究。研究发现,轻度失速下,射流位置靠近气流分离点时(20%c附近,c为翼型弦长),对逆压梯度引起的轻度失速控制效果最佳。深度失速下气流分离点虽在5%c之前,但射流位于前缘分离泡后端(10%c附近)时控制效果较好。大迎角需要较大的动量系数才能有效控制。射流频率对涡结构的尺寸和数量会产生一定影响,能改变气动特性波动幅度。较小的射流偏角对轻度失速的控制更有效,而深度失速则需要较大的偏角。     

翼型动态失速气动力二次峰值数值模拟研究

为揭示翼型动态失速状态下气动力二次峰值的发生机理,基于运动嵌套网格技术、有限体积方法、LU-SGS隐式格式和Roe-MUSCL格式建立了俯仰振荡翼型非定常流场的数值模拟方法。首先,基于所建立的数值方法对NACA0012翼型在深度动态失速状态下的气动特性进行模拟,计算结果与试验数据吻合良好,验证了数值模拟方法的准确性。然后,通过对NACA0012翼型动态失速状态流场的研究,揭示了气动力二次峰值的发生机理。最后,开展了翼型厚度、弯度和弯度位置等外形参数对气动力二次峰值的影响研究。结果表明,动态失速涡诱导形成的后缘涡是导致气动力二次峰值的关键因素;翼型外形参数的变化会引起动态失速过程中动态失速涡和后缘涡的变化,使得气动力二次峰值相对谷值的增量有规律地增加或减小,二次峰值位置有规律地前移或后移。     

失速教学

飞行员一般不在超过失速警告的大迎角下进行过多的训练，因而对飞机在失速后的特性并不十分了解和熟悉。本以TB20飞机为例，认为在理论教学中消除学员对失速现象有的模糊和错误概念，在飞行教学中教会学员检查飞机的失速速度，体会其失速特性，掌握预防意外进入失速及正确改出失速状态的方法，就可帮助学员建立起正确的失速概念。     

敏捷性,过失速机动,飞行品质和推力矢量控制新进展

综述并讨论了战斗机敏捷性、过失速机动、飞行品质和推力矢量研究进展和它们之间的内在联系。现今研究表明,积极开展敏捷性应用研究,探索敏捷性、过失速机动、飞行品质和推力矢量控制之间内在联系,建立合理的过失速机动模型和合适的过失速机动控制方法,仍是至今最为感兴趣的研究课题。使敏捷性和过失速机动要求贯穿于整个飞机设计过程,使飞机设计师在初始设计阶段就能考虑到敏捷性和过失速机动要求,是敏捷性和过失速机动理论研     

某运输机加装失速条气动特性研究

为改善某运输机着陆襟翼构型失速急剧滚转问题,采用数值计算和风洞实验方法优选了机翼失速条的外形参数,并对气动力和流场特性进行了研究分析。以失速条高度H和安装位置距离前缘的长度S为设计变量,采用求解RANS方程的方法研究了失速条对着陆构型翼型二维特性的影响,表明S越小（即越靠近上翼面)失速迎角提前越多,H增大也能使失速迎角提前但敏感性小于S。失速条后方产生了分离气泡且随迎角增加而逐渐增大增长,在破裂后导致翼型失速提前,使升力线出现圆弧形的失速特征。设计了4种失速条在机翼上的平面布局方案,通过缩比模型风洞实验验证表明:40%半展长处展向长度2m,S=0的失速条使升力线由急剧失速变为平顶型失速并消除了失速后的不对称滚转力矩,将此失速条展长缩小一半的2种方案也不同程度地改善了失速形态,15%半展长处失速条对失速特性无明显改善,主要原因是气流分离从约40%半展长处开始发生,失速条安装在这一展向位置时才能发挥作用。     

基于压力信号分析的轴流式压气机失速预测

为了得到压气机工作状态的稳定观测点,并建立压气机近喘失速工作状态与压气机压力信号的相关关系,本文针对低速双级轴流式压气机,分别进行了均匀进气及畸变进气条件下不同转速的近喘失速试验,实时动态测量标定压气机由正常工作到失速工况下压力信号,并在时域内提出了一种基于自相关系数的压气机失速预测算法,对进口、出口以及压气机首级转子叶尖位置压力信号预测分析。结果表明所提出的预测算法具有良好的失速预测能力,且发现叶尖处离叶片前缘20%的位置,最适宜作为压气机失速预测的观测点,此时压气机叶尖压力自相关性数据与压气机喘振裕度具有明显的单调相关性。     

基于关联维数的风机失速特征研究

针对非线性系统的特点,区别于以往对线性系统使用的时域、频域定性分析法,用分形维数定量刻画系统运行状态.运用非线性动力学理论,通过相空间重构选取延迟时间为18,嵌入维数为1到25,计算了风机失速前后压力信号的关联维数.研究发现关联维数由失速前的1.428下降到失速后的1.198.研究结果表明关联维数对失速信号是敏感的,可以用作判断风机失速的特征量.     

低速离心压缩机旋转失速的试验研究

对某低速离心压缩机无叶扩压器壁面静压波动和内部流场进行了详细的试验测量,重点研究了小流量工况下的不稳定流动和旋转失速.在试验中,首先使用高频动态压力传感器获得了不同流量工况下扩压器前盖板处的静压波动,并对测量结果进行了频谱分析,以确定旋转失速起始工况点和不同小流量工况下的失速频率.然后使用PIV测速设备详细测量了在失速条件下,无叶扩压器及叶轮流道内部的流场变化.试验丰富了对低速离心压缩机旋转失速流动现象的认识,为设计高性能的离心压缩机提供了丰富的实验数据.     

风力机翼型动态失速的POD模型降阶方法

利用本征正交分解(Proper orthogonal decomposition,POD)原理设计了一种针对风力机翼型动态失速的时变过程的辨识方法。首先对周期俯仰运动的风力机翼型流场的动态失速过程进行数值模拟,然后用上述方法进行了有效的辨识并从中提取了关于动态失速过程的主要模态信息。在给定的误差阈值下,分别针对浅失速和深失速的情况,将该降阶模型的辨识结果与数值计算原始结果进行了对比并对误差进行了相应的分析。结果表明,该降阶模型方法能够以明显降低的计算量精确辨识翼型的浅失速情况;对深失速的辨识会由于湍流模型的精度影响有所降低。     

前缘外形对翼型动态失速特性影响分析

为模拟旋翼翼型动态失速特性,以非定常雷诺平均N-S方程为控制方程,采用双时间推进法,建立了旋翼翼型非定常流场模拟的CFD方法。为研究旋翼翼型前缘外形对动态失速特性的影响,在NACA0012翼型的 基础上,采用了不同的前缘变形量,设计了3类(每类2种,修改翼型1～６)不同类型的旋翼翼型,并对比分析了这3类翼型的动态失速特性。通过对比分析发现:翼型上表面变形能够有效地影响翼型的动态失速特性,上表面凸出变形增大,在一定范围内能有效抑制动态失速;翼型下表面变形对动态失速特性的影响较小;改变前缘附近弯度也可以在一定程度上影响翼型的动态失速特性,翼型的弯度增加,在一定范围内也能有效抑制动态失速特性。     

结冰对平尾性能的影响及平尾失速分析

阐述了飞机平尾结冰后，对平尾气动性能和操纵性能的影响，并对平尾结冰导致失速现象进行了分析，最后从理论上给出了预防失速以及失速后改出的方法。     

如何实施失速训练

失速是飞行训练的核心科目之一。本文从分析新版的FAA实践考试标准的变化入手,解读2009年科尔根空难事故调查报告,全面评估了当前失速训练存在的风险和不足,为飞行院校优化和加强失速训练提出建议。     

飞机深失速改出特性分析与控制

用分支分析方法分析了不同构型飞机的深失速特性,用反向积分技术计算了深失速吸引子的吸引域。然后分别用李雅普诺夫方法和滑模反控制方法设计了两种深失速改出控制律,即俯仰振荡控制律与滑模反控制律。通过分析比较,得出了两种控制律之间的内在联系。最后分析了影响深失速改出特性的主要因素。     

轴流压气机非定常流及端壁边界层测量中的热线技术

本文总结了测量轴流压气机失速喘振工况及端壁边界层流场时所采用的方法,并提供若干典型结果。大量试验表明这些方法行之有效。用三支同型探针,沿周向不等间隔分布,失速喘振时,用频谱分析确定频率成分,用互相关分析确定两两信号的时差,即可判明是失速或喘振,并决定团数、团的传播速度及团的形状。用单丝旋转法测量端壁边界层以保证所测参数严格属于同一半径,同时又具有 X 型探针的二维能力,以测定速度矢量,湍流度及雷诺应力,在此测量中我们研究了机匣探针孔对边界层流场的干扰问题。灰尘油污的污染,气流温度随压气机工况的变化是遇到的主要问题。     

轴流压气机过失速行为的数值模拟

基于轴流压气机级特性,建立了带燃烧室的多级轴流压气机过失速的一维逐级分析模型,发展了分析轴流压气机过失速响应的动态滞后方法,确定了压气机过失速响应的纺一时间常数。并将该模拟技术应用到某压气机中,通过调节敛喷嘴面积和燃烧室燃油流量等措施来诱导压气机失速。压气机旋转失速后,压气机流量下降,增压能力降低,燃烧室温度升高,可以通过调节燃油流量等措施来使压缩系统恢复正常工作。     

Ф5m立式风洞阻尼器的研制和应用

立式风洞开展自由失速/尾旋试验要求试验段气流速度具备快速调节能力,阻尼器是实现试验段气流速度快速调节能力的装置。叙述了阻尼器机械结构设计和它的功效,说明了控制系统设计及联调结果,介绍了试验段气流速度快速性调试方法及结论。系统应用表明,风洞试验段气流速度具备一定快速调节能力,具备开展自由失速/尾旋试验条件。     

旋翼翼型低速动态失速研究

为了提高旋翼翼型动态失速模拟的精度,基于动态混合网格技术和ALE形式的RANS控制方程,构建了一套可用于低速流场中旋翼翼型动态失速分析的计算方法。采用守恒变量形式的低速预处理技术,解决了由于特征值差异过大引起的收敛困难问题;在物面采用层推进泊松方程光顺法生成结构网格,以获得较好贴体性和正交性;采用分离流中应用广泛的k-ωSST湍流模型捕捉深失速下流场的大分离特性。计算结果表明该计算方法可以有效地分析不同马赫数下的旋翼翼型动态失速,收敛精度有不小于两个数量级的提升。针对低速流场不同马赫数下深失速的流场特征的计算分析表明,马赫数对动态失速的迟滞特性具有明显的规律性影响。     

Φ5m立式风洞阻尼器的研制和应用

立式风洞开展自由失速/尾旋试验要求试验段气流速度具备快速调节能力,阻尼器是实现试验段气流速度快速调节能力的装置.叙述了阻尼器机械结构设计和它的功效,说明了控制系统设计及联调结果,介绍了试验段气流速度快速性调试方法及结论.系统应用表明,风洞试验段气流速度具备一定快速调节能力,具备开展自由失速/尾旋试验条件.     

三维动态失速模型在风力机气动特性计算中的应用

为了适应风力机叶片的大展弦比、旋转和只有单侧叶尖涡的特点,对已建立的适用于小展弦比直机翼的三维动态失速模型进行了一系列的修正,然后用于风力机三维非定常气动特性计算。该动态失速模型所必须的气动输入参数将由动量叶素理论方法计算得到。本文将动量叶素理论、三维动态失速模型、三维旋转效应模型适当耦合起来,获得了风力机叶片的三维非定常气动特性计算方法。应用上述方法计算得到了不同工况下的风力机叶片各截面的非定常气动载荷结果,并与风洞实验结果以及用二维动态失速模型计算的结果进行比较,对计算方法和计算结果进行了详细的分析和讨论。本文模型相比于二维模型,能够更好地仿真风力机叶片的三维动态失速气动特性,尤其在叶片外部截面效果更佳。     

旋翼翼型动态失速等离子体流动控制试验研究

翼型动态失速是指机翼或叶片的当地迎角呈现周期或急剧变化时绕流附面层大范围分离带来的一种强烈的非线性、非定常流动现象。动态失速涡脱离翼型后缘流向下游时,会引发升力急剧下降、阻力迅速增大的失速和颤振问题。基于旋翼翼型两自由度动态试验装置和高频高速振荡试验装置,以典型旋翼翼型为研究对象,利用纳秒脉冲激励电源和介质阻挡放电等离子体激励器,在FL-11风洞和FL-20风洞开展了翼型动态失速等离子体流动控制试验研究,试验最高雷诺数突破1.7×10⁶,模型最高振荡频率突破10 Hz。试验结果表明,等离子体气动激励能够有效控制翼型动态失速,改善平均气动力,减小俯仰力矩负峰值,减小气动力/力矩随迎角变化的迟滞区域。