箔条云跨流域整体气动特性计算研究

研究随机动力学理论与统计散布取样技术,提出对飞行器抛撤"海量"箔条及形成箔条云有限分组随机统计模拟方法;采用所建立空气动力学理论与计算技术,提出可有效模拟稀薄流到连续流不同高度、马赫数、攻角与侧滑角及极高长细比箔条气动特性计算方法;研制飞行力学数值方法,计算确定任意时刻箔条个体团空间位置、速度;应用所发展随机动力学加权技术及概率统计分布原理,进行箔条云整体性能分析,建立箔条云跨流域飞行整体运动性能与覆盖范围统计模拟方法.对飞行器抛撒"海量"箔条形成箔条云跨流域飞行气动特性计算分析,模拟仿真结果与实验测试相吻合,证实所建立箔条及箔条云跨流域整体气动特性计算分析方法的工程实用与可靠性.     

Dynamics and radar cross section density of chaff clouds

A new chaff cloud model (CCM) is described which is based on fundamental principles with modifications based on laboratory observations. Excellent approximations to the exact physical model have been developed which can rapidly predict the chaff fiber density and orientation as a function of location, time and fiber characteristics. Using this information, the time varying radar cross section (RCS) density is determined for any frequency and polarization anywhere within the chaff cloud. The results are consistent with full scale observations, and the computational speed allows the model to be integrated into existing real time radar simulations.     

民用发动机附件风扇叶轮疲劳寿命数值分析

叶轮疲劳寿命是影响风扇寿命的关键因素,鉴于风扇叶轮低循环疲劳试验周期长、成本高,在叶轮结构前期设计时,对某型叶轮低循环疲劳寿命进行数值分析,根据仿真分析结果初步预估叶轮寿命,给后期的叶轮疲劳寿命试验提供一定参考依据。仿真主要通过对风扇流场、叶轮强度、疲劳及叶轮模态进行分析,得出风扇流场和结构气动载荷下分布云图、叶轮离心、气动、离心气动耦合载荷下应力云图及叶轮前六阶模态云图。结果表明：离心叶轮工作时受到主要载荷为高速旋转时离心载荷,气动载荷对叶轮结构的影响相对较小;在离心气动载荷耦合的情况下,叶轮在19 955 r/min工作转速下的vonMises等效应力及最大应力为21.25 MPa,远小于叶轮结构材料2A70 T6屈服强度204 MPa和疲劳强度102.6 MPa,评估出叶轮结构在整个寿命期内不会发生屈服失效、疲劳失效,能够满足60 000次低周循环疲劳寿命的要求。在静态分析基础上探讨了不同转速下叶轮的动态特性,并绘制叶轮模态特性随转速变化的Campbell图,给出共振风险点,为后续综合考虑动态、静态特性对叶轮疲劳寿命影响奠定基础。     

缝隙-腔体密封结构在高速气流冲击下的整体流动、传热特性分析

 根据高马赫数流场特征参数变化快、固态场特征参数变化慢的特性,编制开发了针对高速气流的"半解耦"显式流固耦合近似计算程序,并通过数值方法分析了该方法的计算误差,分析结果显示其能够较准确地模拟高速流场与固态场长时间非稳态耦合问题.在此基础上,运用"半解耦"流固耦合方法数值模拟了高速气流横掠缝隙-腔体典型密封结构的非稳态过程,并与相关实验测试数据进行了对比,验证了程序可靠性.随后,进一步分析了气流侵入密封结构的主要特性,总结了密封结构内、外流场中气流温度、压力和速度的分布特征以及其随时间的变化规律,研究了密封结构中加热板气动热流随时间的变化规律,探讨了密封结构中固体温度场分布特征及其随时间积累的变化规律等.最终,计算结果说明了密封体的结构布局对其内部热状况的决定性影响.     

模型大迎角高速动态特性与数据精度分析

为满足新一代高机动飞机气动性能评估、控制系统精确设计与高机动作战指标实现的需求,模型高速风洞大迎角俯仰动态特性探索及其试验数据精度的确定势在必行,且具有十分重要的工程意义。选取70°三角翼模型、SDM和Su-27飞机模型,在FL-24风洞的大振幅俯仰动态试验技术平台上对动态气动特性与试验数据精度进行了研究,获取了70°三角翼模型、SDM和Su-27飞机模型动态气动特性与重复性试验结果。研究结果表明：试验条件下,3种模型的动态数据精度较高,基本达到了高速风洞大迎角常规测力试验数据的精度水平。     

高性能亚音速平面叶栅风洞设计

论述了用于测量压气机和涡轮叶片在亚声速状态下的二维气动特性的平面叶栅风洞设计问题。风洞采取暂冲式直流型式,由压缩机和储气罐提供高压气流,稳定段前采用大开角扩散段,并在扩散段进口段设置整流锥,锥后加装两层球面整流网,收缩段与稳定段连接处加设唇口,唇口与收缩段型面曲线均为双三次曲线,为防止试验段由于内外压力差导致漏气所造成的压力损失,在试验段外部加装了驻室结构,出口气流通过消声塔降低噪音再排入大气。风洞整体参数居于国内领先水平。     

双肋式微型气动阀的数值计算与实验

 针对现有微型三角阀效率低的问题,提出双肋式气动阀这一新型微阀,通过两级带圆弧过渡的收敛形肋条,在减小正向气流压力损失的同时,引导逆向气流分为3股后再呈“Y”形汇聚,产生强烈的相互撞击而抵消部分动能,从而减小逆向流量以提高效率。通过数值计算对双肋式气动阀的作用原理进行了分析与验证;加工了特征尺寸为1 mm的三角阀、梯形阀与双肋阀实验件,并设计了相应的实验方案,在微流体实验平台上进行了对比实验。结果表明双肋阀能大幅提高效率：对不可压流,双肋阀可将效率从普通阀的2%～3%提升至14%左右;对可压流,双肋阀能将效率从2%提升至约13%。     

大转角压气机静子叶栅附面层吹吸数值研究

针对大转角静子叶栅吸力面气流分离严重、总压损失较大的问题,根据二次流对主流进行引射的作用原理,采用附面层吹吸技术使主流自动贴近叶栅吸力面,并同时加速附面层内的低速气流。研究中使用FLUENT软件求解二维N-S方程,数值模拟采用吹吸气技术前后两种叶栅通道的流场。结果表明:采用附面层吹吸技术后叶栅的气动性能明显改善,气流转折能力增强,扩散因子增大,总压损失系数减小。     

面对面呼吸飞沫传播和防护的流体力学初步分析

针对SARS-CoV-2疫情,围绕病人和戴防飞沫面罩的健康人面对面呼吸状态下飞沫的流动传播问题,利用计算流体力学方法进行了数值模拟。首先采用二维非稳态不可压缩雷诺平均N-S方程描述平均流场,计算区域采用H型结构网格拓扑结构,将多相流的欧拉模型用于描述空气-飞沫流动,湍流脉动采用RNG k-ε湍流模型。计算获得了呼吸飞沫喷射速度、粒径和入口含量对飞沫流动传播的影响规律,分析了水平传播线和垂直传播线的飞沫浓度分布。研究表明:呼吸飞沫喷射速度、入口含量和流动传播速度、浓度分布呈正相关性,粒径主要影响飞沫流动传播的浓度峰值大小;呼吸飞沫跟随空气流动先以水平传播为主,后转变为以垂直扩散为主,扩散过程会形成"猫眼"状飞沫云团;呼吸飞沫在气流作用下侵入到防飞沫面罩内形成旋涡,导致防飞沫面罩的失效,因此,防飞沫面罩必须结合口罩共同使用。     

跨声速风扇叶片变形对气动性能的影响

为了研究跨声速风扇叶片变形对气动性能的影响,发展了流固耦合方法计算风扇叶片在气动力作用下变形的数值程序,耦合求解了三维可压缩雷诺平均的Navier-Stokes (N-S)方程和描述叶片振动的结构动力学方程,并模拟了跨声速风扇Rotor 67转子叶片在气动载荷下的变形,重点分析了由于叶片变形带来的气动性能的变化.      

箔条云对飞机隐身特性的影响分析与计算

建立了箔条云对飞机隐身特性的影响分析与计算方法。考虑的对抗情况是突防方用一架飞机播撒箔条偶极子云,作战飞机以该箔条云带为掩护进行突防或调动。通过算例计算了箔条干扰及目标 RCS对飞行器隐身性能的影响。结论是:在每千米突防路径上抛撒6000根数量的箔条就可以极大地提高飞行器的隐身能力,使得 RCS小于100m2 的目标难于被一般雷达探测到。即使雷达对于箔条杂波中可见度有30d B的改善,在箔条干扰下对目标的检测性能仍然不如在杂波和噪声条件下。应当指出,虽然计算结果表明箔条具有很好的干扰效果,但其应用应考虑到战场战术环境、天气条件等外界因素的限制和影响。     

气流激励下叶片振动响应分析方法

为开展气流激励下叶片振动响应分析方法研究,建立了气动激振力预估方法,采用非线性谐波法对叶排进行三维非定常流动分析,获得叶片表面的脉动压力,编制流固转换程序,计算叶片所受的气动激振力.建立了叶片气动阻尼分析方法,基于能量法和弱耦合分析法,对叶片与流场进行流固弱耦合分析,将气动力对运动的叶片所做的气动负功等效为黏滞阻尼力所...     

弹射救生过程数值计算及损伤风险评估

针对从弹射程序启动到飞行员着陆之间的各个阶段,建立了能够对横滚、俯冲等复杂弹射条件进行计算的数学模型。结合某型座椅的具体参数与气动力数据,针对具体算例求解了弹射救生过程,与实验结果进行了对比。根据模型的计算结果,以动态响应指数(DRI)对不同弹射初速下的损伤风险做出评估,并指出了在不同速度下气动过载的影响。     

简化微小液滴在超声速气流横向喷射中的运动探索

从研究超声速气流中简化液滴(刚性小球)的气动力着手,比较分析使用CFD方法与使用两相流理论中已有的颗粒阻力系数模型得到的简化液滴气动力结果,得出Charles B.Henderson给出的阻力系数经验关系式适用于计算简化液滴在超声速气流中的运动。进一步,对不同直径简化液滴的运动开展工程方法的计算。在来流Ma=2.7的二维平板超声速流场中选取一个截面,作为气相流场,结果显示:(1)简化液滴与主气流存在相对超声速运动,当简化液滴直径dk≤0.12mm时,纵向相对超声速运动区域约为0.15m~0.4m,当dk0.12mm时,作用区域明显增大;(2)以10m/s喷射出的简化液滴,其横向穿透深度与纵向运动距离比约为0.004m/1m~0.021m/1m;(3)以100m/s的速度喷射出的30~120μm直径简化液滴,其横向穿透深度与纵向运动距离比约为0.02m/1m~0.055m/1m,实际过程中,小尺寸简化液滴的汽化很快,其穿透深度很小。     

滑流对涡桨飞机进气道气动性能影响的研究

螺旋桨滑流产生的加速效应、旋转效应、粘性效应等对于处于后方的进气道性能有显著的影响。基于计算流体力学方法(CFD),通过求解非定常 RANS方程,采用滑移动态网格技术来模拟螺旋桨的旋转,建立考虑螺旋桨滑流的飞机进气道气动特性数值仿真方法;以某多轴式涡桨动力系统为研究对象,对螺旋桨滑流对进气道内流的影响进行分析。结果表明：在地面与起飞两个大拉力状态下,有滑流进气道出口总压恢复系数较无滑流的有所提高;而巡航状态下有滑流进气道出口总压恢复系数却降低,除地面小速度状态外,在起飞以及巡 航飞行状态下,滑流会增加进气道出口总压畸变指数。     

高雷诺数二维充气机翼构形的气动特性

针对基于二维充气机翼的构形特征进行高雷诺数条件下的气动特性分析.首先通过对二维充气机翼构形特征的设计,建立了描述逼近程度的误差参数和若干模型;进一步运用数值方法,通过与标准翼型的对比,分析充气机翼的气动性能及其误差参数的敏感性.数值结果表明:在高雷诺数条件下,充气机翼的气动性能相对于标准翼型有所降低.同时,结合对流场特征的分析,从机理上解释二维充气机翼与标准翼型气动性能差异形成的原因,即导致总的阻力系数明显增加的主要原因是其凹凸起伏的表面对充气机翼表面压力分布所引起的变化,局部压力升高从而大幅增加了压差阻力.      

纳秒脉冲等离子体气动激励数值仿真

从纳秒脉冲等离子体气动激励对流场的作用机理出发,将其对流场的作用等效为热源对流场的快速加热,建立了纳秒脉冲等离子体气动激励的空气动力学模型.应用模型计算了单次纳秒脉冲等离子体气动激励下静止流场的响应,计算结果表明:纳秒脉冲等离子体气动激励可在静止流场中形成一个高温升压升区(716K,225.95kPa)和一个低温升压升区(380K,131.7kPa),分别可诱导一强一弱两道压缩波,压缩波后各有一道稀疏波.压缩波与稀疏波同速向外传播,传播速度开始较大(大于400m/s),随着逐渐向外传播,其传播速度逐渐减小(357m/s).压缩波经过的区域可诱导局部速度,初期诱导的局部速度较大,在激励器切向和法向可诱导60m/s以上的局部速度,随着压缩波的衰减,诱导局部速度的能力减弱,最大可诱导10m/s左右的局部速度.      

Bistatic Radar Cross Sections of Chaff

Bistatic cross sections applicable to scattering from a cloud of randomly positioned and randomly oriented resonant dipoles, or chaff, are found. The chaff cloud can have an arbitrary location relative to an illuminating radar and the radar antenna can have an arbitrarily specified polarization. The receiver can be located arbitrarily in relation to the radar and chaff cloud and can also have arbitrary polarization (different from the transmitter antenna). Average cross sections are found for a preferred receiver polarization and the corresponding orthogonal polarization. Results are reduced to simple, easily applied expressions, and several examples are developed to illustrate the ease with which the general results can be applied in practice.     

高压压气机叶栅的高速模型和低速模型的相似变换准则

本文以相似理论为基础,从线性小扰动方程、跨音小扰动方程和全扰动势方程出发,推导出一组在进口马赫数不同时,保持两组叶栅气动力相似的变换准则。变换涉及跨音与亚音,跨音和不可压,亚音与不可压及其全扰动的情形。应用二维和准三维无粘数值计算方法进行数值验证,证明了变换关系在无粘下的正确性。文中使用了局部线化概念和一些假设,其合理性一并由数值试验得到证实。本文在理论和数值试验上为压气机叶栅的高速模型和低速模型之间的相似变换提供了必要的基础。      

基于统计特征的轴流风扇/压气机性能试验数据相关性分析

采用关联统计的系统研究思想,收集整理了国内14台轴流风扇/压气机性能试验数据,在分析、识别大流量风扇与高压比压气机变工况特性曲线形状结构特征的基础上,提出了表征风扇/压气机气动性能的两类基本属性.通过尝试构建多种无量纲物理参数,在统计层次上探索了风扇/压气机特性曲线变转速偏移程度和等转速工作范围的量化关联关系.结果表明:大流量风扇非设计转速特性曲线的偏移程度和有效流量工作范围均要大于高压比压气机;风扇/压气机最高效率线上相对压比、相对流量、相对流量-转速比和相对加功量-转速比4个物理参数之间存在明显统计规律;所构建的经验数学模型可以对性能试验数据做统一相关性分析.