基于物理模型的汽车空气动力学研究综述

汽车空气动力学涉及到绕流湍流、流动稳定性、流动分离与控制、流固耦合及噪声等复杂且基础的流体力学问题。本文梳理了国内外学者基于汽车物理模型的空气动力学研究进展,介绍了前人在气动力、流场研究、流动控制、计算和实验的对标、多车空气动力学、污染、风噪等方面取得的研究成果,分析了研究存在的不足,并对未来汽车空气动力学研究方向进行了探讨和展望。     

人体空气动力学问题

本文首次提出了人体空气动力学的基本概念、研究内容、方法和当前存在的主要问题。阐述了高速气流吹袭对人体造成的影响,分析了人体各部分的气动特性,给出了人体上肢、小腿及头颈部的阻力系数曲线,认为人体四肢和头颈部在高速气流吹袭下产生的相对于人椅系统甩打运动,将对人体的安全弹射造成严重威胁,是飞行员安全弹射的主要障碍。本文还对目前国内外所研究的高速气流防护装置按其防护原理进行了分类,并评价了他们的防护能力。本文介绍了国内外的主要研究成果,并对其中人椅系统的速压计算问题作了较为详细的阐述,介绍了作用在人椅系统上的速压修正的半经验公式。此公式不仅适用于计算像人椅系统那样的大钝体,而且也适用于计算其它大钝体在任意 M 数范围内的阻力系数。最后,文中对今后的研究工作提出了一些建议。     

南京航空航天大学的试验空气动力学研究

介绍了近10年来南京航空航天大学在实验空气动力学研究方向的进展。南航已经建成了规模较大，较为完善配套的高、低速风洞试验设备，并利用这些设备进行了大量的空气动力学的实验研究。特别是在边界层、尾流旋涡、非定常流、流动控制、航空声学，以及相应的测试技术方面，获得了一大批高水平的研究成果。     

航天飞机驮机空气动力学——航天飞机的空气动力学问题之七

根据美国航天飞机驮机空气动力学的研究结果,本文简要地介绍了轨道器/驮机空气动力学的高阶面元法理论计算,风洞模型试验,仿真和飞行试验。风洞模型试验是建立轨道器/驮机气动数据库的基础,仿真是确定分离程序和训练驾驶员的有效方法,飞行试验是轨道器/驮机的驮运、分离和进场着陆气动性能的最后验证。研究试验表明:飞行试验与风洞试验和仿真结果符合得较好。合理地改装现有大型运输机,可以较好地完成航天飞机轨道器的驮运和进场着陆试验任务。     

空气动力学动态实验技术的一些进展和问题

综述关于飞行器空气动力学动态性能的实验研究中所面临的问题,困难和有关的实验技术进展状况。     

空气动力学与航空飞行器

本文简述了当今航空飞行器的发展概貌;回顾并剖析了空气动力学在航空飞行器发展过程中的重要作用;最后,对今后的发展前景作了展望。     

共轴刚性旋翼空气动力学问题与研究进展

基于共轴刚性旋翼独特的运动特征,分析了前后行桨叶气动载荷的巨大差异所引起的旋翼严重非定常气动特性,阐述了共轴刚性旋翼特有的升力偏置特性、双旋翼气动干扰特性以及桨毂阻力特性等若干空气动力学问题。在此基础上,针对共轴刚性旋翼的特殊气动问题,概述了目前在空气动力学基础理论、气动布局优化设计、桨毂减阻设计以及相应的气动特性试验等共轴刚性旋翼空气动力学领域的研究进展。最后,基于目前高速共轴旋翼直升机研究的瓶颈问题,指出了共轴刚性旋翼空气动力学领域后续的发展方向和研究重点。     

航天飞机的粘性干扰效应——航天飞机的空气动力学问题之二

航天飞机在55公里高度以上飞行时,处于高马赫数,中、低雷诺数的粘性干扰区(粘性干扰参数(?)=0.005～O.08)。传统的无粘流/边界层修正法(3DV)已不适于计算无粘/有粘强干扰的情况,而要采用全粘性激波层的 PNS 法。本文简要的介绍了美国航天飞机研制过程中采用的3DV 和 PNS 的计算方法,对航天飞机简化外形和钝锥体的粘性干扰效应进行了分析和讨论。研究结果表明,PNS 法是解决航天飞机高超声速粘性干扰效应的较为有效的数值模拟方法。     

直升机旋翼空气动力学的发展

本文分两大部分，即旋翼理论分析的发展（认识旋翼）及旋翼浆叶外形的发展（改造旋翼）。在第一部分中，阐述了旋翼滑流理论、叶素理论、涡流理论（其中又包括固定尾迹的经典涡流理论、预定尾迹的半经验涡流理论、自由尾迹的现代涡流理论）和旋翼CDD方法。在第二部分中，讨论了旋翼桨叶的翼型、浆尖形状、扭转角分布等的变化历程。最后，作为总结，提出了旋翼理论分析和浆叶气动外形的四代发展阶段的划分。     

航天飞机的低密度效应——(航天飞机空气动力学问题之三)

美国第一代航天飞机(Shuttle-I)在177千米高度以上飞行时处于自由分子流区(克努曾数 Kn≥10),在83～177千米的高度范围内处于过渡流区(0.001≤Kn≤10)。传统的连续介质空气动力学已不适用了,而要用非连续的稀簿空气动力学。本文简要介绍美国航天飞机研制过程中采用过的蒙特卡罗直接模拟法、粘性激波层法和洛克希德工程计算等理论计算方法。并与风洞试验和飞行试验结果进行了比较和分析。研究结果表明:低密度效应对航天飞机的气动加热、阻力系数和升阻比等气动性能有很大的影响;理论计算与飞行试验的差别随 K_n 数的增大而增大,其差別的原因尚没有确切和满意的解答。对过渡流,目前无论是理论计算还是风洞实验都存在着较大困难。因此必须加强对航天飞机低密度效应的理论和实验研究。     

高速列车动车头形风洞试验研究

高速列车动车头部外形对高速列车气动性能有很大影响。为了探索这一问题，在8m×6m风洞中对高速动车头形六种不同方富的气动特性及其对有限编组列车气动性能的影响进行了试验研究，结果表明，车头形状以具有较大细长比．其表面无拐角且曲率变化较小的2次元形状的头型气动性能最好。     

五元素风帆的试验研究

用正交试验与系列试验相结合的方法,研究了五元素风帆的气动特性及其各参数之间的最佳配合问題。设计的4个五元素风帆,均是由3个固定小翼、2个活动小翼及上下两块制流板所组成,但小翼的形状及分布曲线不同。 通过风洞试验,得到了各个风帆攻角与两个活动小翼转角之间的最佳配合,并对各帆的气动特性作了比较。试验结果表明,在最佳配合状态下,4个帆的升力系数可分别达到2.64、2.87、2.69和2.08,均比常规帆有较大的增长;而且,只要打开活动小翼,就能释放大部分风能,从而保证船舶在大风中的安全,这些帆的结构并不复杂,是具有广泛应用前景的高效帆具。     

弹丸气动力特性计算方法

本文介绍了制导与非制导单独强身亚、跨、超声速有攻角时的升力、阻力特性及压力中心的计算方法。其中超声速波阻采用 Van Dyke 二级扰动理论计算,跨声速波阻用半经验方法处理。其余如摩阻、底阻、粘性分离和旋转带的阻力均用经验方法计算。无粘升力特性,在超声速时用一级横流理论计算,亚、跨声速时采用半经验方法处理,粘性升力特性则全部用经验方法计算。这套方法已软件化,用一个源程序表出。计算结果表明,该方法对尖头、截平头和半球形头部的实际弹形均有相当好的升力、阻力特性计算精度,并能给出合理的压力中心计算结果。     

过失速非定常空气动力实验技术

本文介绍了南航３米低速风洞中用于模拟过失速飞行的电控液压动态实验台、数据采集和处理等问题。该实验台可以较真实地模拟过失速飞行时迎角的变化规律，迎角可在０°～９０°内任意变化。数据处理时要注意到由于来流风速的滞后而产生的速度变化。     

格栅翼减阻特性研究

为了探索减少格栅翼阻力的方法和途径 ,进行了超声速M∞ =2 .5 2 1下格栅翼的边框几何形状和尺寸以及格栅翼茎厚度、格栅几何形状对格栅翼阻力特性影响的风洞实验。结果显示 ,格栅翼的边框对格栅翼的阻力影响最大 ,选择合适的边框厚度和剖面形状可以有效地减少格栅翼的阻力     

摩托车空气动力学研究进展

世界摩托车工业已得到很大的发展。随着近几年来中国摩托车产量的迅速上升,加速摩托车的研究是目前摩托车发展的一种趋势。这种研究无论是对提高产品的性能,还是节能降耗部具有重要的意义。摩托车的气动特性是其设计的重要依据。目前德国,日本等国已经利用道路试验、风洞模拟进行这种研究,并促进了产品的开发,但国内的这种研究还有待进一步完善。     

面向先进飞行器设计的非定常空气动力学

着重综述飞机在大攻角飞行中遇到的非定常气动力问题，同时强调进一步发展非定常空气动力学对先进飞行器设计具有重要意义。