大振幅下薄翼和流线型箱梁的气动迟滞研究

回顾了机翼和箱梁的气动迟滞效应研究现状,介绍了大振幅下获取薄翼和流线型箱梁自激气动力的风洞试验.研究结果表明:薄翼在超过失速角的振幅条件下,升力并没有出现明显的失速现象,但气动力的高阶谐波分量显著增加;大振幅条件下,流线型箱梁的气动力高阶谐波分量也比较显著,并以第2和第3阶谐波分量为主.此外,在大振幅条件下,流线型箱梁的气动力矩迟滞曲线可出现“8字环”,即气动力在一个振动周期内既做了正功也做了负功;其中,迟滞曲线“8字环”的气动正功部分随着振幅和折算风速的增大而增加.该现象可导致桥梁也出现类似于失速机翼的极限环震荡.最后,基于不同振幅下流线型箱梁的力矩迟滞曲线,简要讨论了大跨度桥梁在颤振后状态可能出现的振动形式和气动稳定性.     

基于非定常气动力建模的动导数仿真实验

应用系统辨识理论,利用纵向大振幅非定常气动力实验数据,在频率域内建立了基于Ｆｏｕｒｉｅｒ 变换法的非定常气动力数学模型,并发展了一种获取常规动导数的仿真实验方法,分析了迟滞环的物理意义。对６０°三角翼和Ｆ－１８ 飞机模型进行动导数仿真计算,研究了不同振幅、频率及迎角变化对动导数的影响。结果表明,Ｆｏｕｒｉｅｒ 变换模型可以用于动导数仿真计算,使大振幅非定常实验与小振幅常规动导数实验合二为一。迟滞环的方向反映了飞机运动的阻尼特性。     

低背鳍对细长平板三角翼分离涡稳定性影响的研究

对细长锥体分离涡稳定性判据进行了介绍,并应用该判据对细长体平板三角翼和加上两个不同高度背鳍组合体分离涡流场的稳定性进行了分析.为了验证理论分析的有效性,并观察气动力随迎角的变化,根据理论分析模型设计了实验模型,并在低速风洞进行了六分量天平测力实验,三角翼后掠角为82.5°实验迎角范围12°~32°,侧滑角范围-10°~十10°,实验雷诺数1.66×106.实验结果表明:在翼面上发生旋涡破裂前,单独细长平板三角翼的横向力/力矩在实验迎角范围内始终为零;加了两个不同高度的背鳍后,在一定迎角下,三角翼的横向力/力矩变得不为零.理论分析结果和实验结果在定性上吻合得很好,初步验证了有关文献关于细长锥体分离涡的稳定性理论.     

80°/65°双三角翼滚转稳定特性预测研究

在 FL-23风洞中开展了80°/65°双三角翼大迎角下的滚转特性研究,包括静态测力试验,动导数试验和自由滚转试验,通过静态测力试验及动导数试验获得了双三角翼模型在大迎角条件下的滚转力矩特性以及动导数特性,从而对双三角翼大迎角条件下的滚转运动特性进行了预测,最后通过自由摇滚试验对预测结果进行了验证。研究结果表明随着模型迎角的增加,双三角翼呈现不同的滚转运动形态,包括静态稳定、双周期震荡、准极限环摇滚,通过静态气动力及动导数可以较准确地对模型的运动形态及对应的迎角范围进行预测。     

基于节段模型试验的悬索桥涡振性能优化研究

针对扁平钢箱梁这一常用的主梁断面形式,为研究其涡激振动性能,并提出有效的涡振抑制措施,以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,采用缩尺比为1/50的节段模型进行风洞试验。基于均匀来流风洞试验条件,重点分析研究了风迎角、结构阻尼比和导流板等因素对主梁涡振性能的影响,提出了优化主梁涡振的有效气动措施。研究表明,风迎角的变化会使涡振锁定风速和振幅均产生变化;阻尼比的提高对主梁扭转涡振的抑制比较明显,对竖向涡振的抑制不明显;在主梁风嘴短而钝的情况下,在检修轨道位置安装导流板对主梁涡振的抑制效果不明显,而紧贴风嘴的宽导流板能有效地抑制主梁涡振,且结构形式简单,便于工程应用。     

返回舱跨声速自由飞行的静动稳定性

采用运动自由度不受约束的风洞自由飞试验技术，研究大钝头、小升阻比的类"联盟号"返回舱在跨声速区自由飞行时的运动特性与气动特性规律。以单平面光路拍摄返回舱模型在风洞中自由飞动态运动过程图像，经图像自动判读获取其运动轨迹与姿态角，并以参数微分法对模型运动姿态角进行线性与非线性气动参数辨识，得到模型俯仰方向的静、动稳定导数系数。研究结果表明:采用线性与非线性气动参数辨识所获得的静稳定导数系数C_mα均小于零，在数值上差距不大；从非线性气动参数辨识结果看，返回舱静稳定导数系数的数值主要由线性项C_mα0决定，非线性项C_mα2α2所占比例较小；类"联盟号"返回舱静稳定导数系数的非线性较弱，可近似用线性气动模型进行辨识。在试验迎角范围内，返回舱的动稳定导数系数呈现出非线性性质，且在小迎角范围内由线性项决定，在大迎角范围内主要由非线性项主导。     

窄条翼导弹模型摇滚特性试验研究

开展了钝头体-窄条翼-尾舵布局导弹模型自由摇滚试验研究,马赫数范围0.4~0.8,迎角10°~35°,给出了试验结果.试验结果表明窄条翼导弹模型具有α=20°和α=35°两个摇滚区间,迎角范围很小;随着马赫数增大,摇滚的振幅减小,频率增大.分析表明,摇滚运动减弱了流动非对称性;摇滚运动与窄条翼和尾舵间的非定常涡作用密切相关.     

高速风洞试验模型姿态角的视频测量及不确定度研究

高速风洞测力试验中,阻力系数精度瓯的先进指标为0.0001,按误差分配原理,要求试验模型迎角的测量精度以≤0.01°.为此,研究风洞试验中模型姿态角视频测量及其不确定度,给出其系统误差的补偿方法.实测数据(马赫数为1.5、2.0、3.0和4.0)表明:在2m暂冲式超声速风洞试验中,各阶梯迎角测量数据的标准差(含风洞气流脉动致模型姿态角振动产生的误差)在0.0018°和0.0094°之间,迎角实测估计值的标准不确定度≤0.003°,由此可知,姿态角视频测量系统的靠≤0.0094°.本方法既不破坏模型的外形,又不改变模型的刚度与强度,具有实用价值.     

大比例主梁节段模型涡激振动风洞试验分析

节段模型风洞试验是预估大跨度桥梁主梁涡激振动响应的有效途径之一.大比例主梁节段模型(通常为1:15~1:20)几何尺度更大,试验雷诺数更接近实桥值,同时在模型加工制作方面也可更精确地模拟主梁细节.通过一扁平钢箱梁1:20大比例节段模型试验,优化了检查车轨道位置,分析了涡激振动典型现象如振幅、涡振区与阻尼、Scruton数关系,迎角与斯托劳哈数St关系,双竖向涡振区等,为节段模型涡振试验结果向实桥拓展提供理论与试验基础.     

风洞试验中模型迎角的视频测量及精度研究

模型迎角的准确测量是获得高精度风洞试验数据的基础(如失速点与最小阻力点的准确迎角值是飞行器研制与改型的关键数据).为此,提出风洞试验中模型迎角的视频测量方法,分析其测量精度.2m超声速风洞中的多个迎角视频测量实例表明:该方法的迎角测量精度≤0.01°,可清晰分辨幅度为0.01°的迎角振动过程,而且该方法既不破坏模型的外形,又不改变模型的刚度与强度,测量精度不受模型振动影响,具有实用价值.     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性能理论研究

为研究5000m特大跨度悬索桥的三维空气动力稳定性能,首先实现了考虑竖向、侧向和扭转向三自由度自激力和静风荷载的三维全桥全模态颤振分析方法;其次根据风洞试验获得的气动参数对宽开槽和窄开槽两种方案进行了三维颤振性能分析,并与风洞试验和二维颤振分析结果进行了逐项对比,认为二维和三维颤振分析对于5000m悬索桥有可比性;然后实现了特大跨度悬索桥三维三重非线性静风性能分析方法,并对该方案进行研究发现5000m悬索桥的动力失稳先于静力失稳出现,静风稳定性能不控制设计.最终研究结论:从三维分析的角度看,中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽但设稳定板的方案都能给跨度达5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求,5000m特大跨度悬索桥的设计由空气动力稳定性能控制.     

高速下模型头部扰动与非对称涡流动响应研究

采用尖拱细长旋成体模型,在犕=0.4~1.2范围内,通过表面压力测量和 PIV 流态观测手段,对高速情况下模型头尖部微扰动与大迎角非对称涡流动的响应关系进行了研究。研究结果表明:在此高速范围内,尖拱细长旋成体的大迎角流动仍然呈现出非对称多涡结构,头部微扰动对非对称涡有影响,但对模型的非对称气动力影响不明显。     

80°/65°双三角翼模型大迎角气动特性风洞实验研究

在气动中心低速所φ3.2m风洞综合运用测力、测压、烟流和PIV流场测量等手段对80°/65°双三角翼模型大迎角气动特性、压力分布及空间流场结构演化规律进行了研究.试验雷诺数为0.49~1.3(×106),迎角为0°~60°.研究结果表明:不同实验手段获得的研究结果之间具有较好的相关性,该双三角翼在迎角30°时升力系数出现最大值,在迎角30°~37°之间,升力系数变化不大,之后升力系数急剧下降;迎角超过30°,前缘涡出现破裂,迎角由38°增至40°,吸力峰消失,压力系数骤降,迎角超过40°吸力峰完全消失,前缘涡完全破裂.     

板-桁组合式钢桁梁悬索桥颤振稳定性选型研究

板-桁组合式钢桁梁与传统的板-桁分离式钢桁梁的气动性能存在较大差异。以某大跨度板-桁组合式钢桁梁悬索桥为工程背景,通过节段模型风洞试验,详细研究了该桥的气动性能。针对关乎结构抗风安全的颤振问题,比较了下中央稳定板、上中央稳定板和水平稳定板对主梁颤振性能的影响。在综合考虑结构安全、经济和美观等因素的基础上,提出了最优的主梁气动方案。研究成果可为类似大跨度钢桁梁桥的抗风设计提供借鉴和参考。     

飞行器非定常气动力试验与建模研究

介绍了57°三角翼布局战斗机模型在CARDC直径3.2m风洞进行的俯仰、偏航和滚转3个方向大振幅振荡的非定常气动特性,试验的振幅为20°、35°,俯仰和偏航振荡的减缩频率为0～0.06,滚转振荡的减缩频率为0～0.2。另外利用基于频率域的Fourier变换法和非线性代数法,对非定常气动力建模进行了探讨,气动模型预测结果和试验结果具有较好的一致性。     

高速气流吹袭防护气动特性的数值模拟

应用CFD方法研究了配备高速气流吹袭防护装置的人椅系统的气动特性。空间离散采用Osher逆风格式,紊流模型采用基于Spalart—Allmaras一方程的DES方法,在马赫数为0．6和1．2;迎角-10～30°;侧滑角为0°和15°范围内的粘性大分离流;以及来流马赫数为0．8和1．6;迎角5～30°;侧滑角为0,-20和-50°条件下,对有无防护装置的人椅系统气动特性进行了数值模拟。计算结果与试验结果吻合较好,高速气流吹袭防护装置在高速弹射过程中有效地保护了人体。     

螺旋桨滑流与平尾深失速效应耦合影响试验研究

本文采用螺旋桨飞机动力模拟风洞试验技术,研究常规布局涡桨飞机的螺旋桨滑流在大迎角条件下对飞机纵向气动特性的影响规律。中航气动院FL-9风洞中通过伺服电机驱动螺旋桨转动进行螺旋桨动力模拟风洞试验,试验迎角范围0°~50°,试验风速范围为30~50m/s。为了获得大迎角试验数据,常规迎角试验采用常规单支杆进行试验,大迎角试验采用带预弯的支杆进行试验。利用螺旋桨滑流风洞试验研究在大迎角时平尾深失速效应与滑流的耦合影响规律。研究结果表明,螺旋桨滑流会使得试验模型升力和阻力增加,纵向静稳定性降低,并且在大迎角条件下依然满足这些规律。此外,在较大迎角时平尾进入滑流与机翼洗流的耦合影响区域后,滑流会使得平尾失速效应加剧并且平尾更难从失速状态中改出,即受平尾深失速影响的迎角范围会更大且平尾深失速效应加剧。     

高速风洞级间分离轨迹模拟试验技术

针对多级航天器级间分离研究的地面试验需求,在高速风洞中发展了能够同时模拟前、后级运动的级间分离试验技术。利用风洞的上、下迎角机构,配置电机、传动系统和控制系统,建立了可变迎角和x向位移的上驱动机构,以及可变迎角、x向位移和y向位移的下驱动机构。分别将多级航天器的前、后级模型及测力天平与风洞上、下驱动机构连接,在级间分离计算机控制下,可开展前级迎角、后级迎角、前后级x向和y向相对位置协同模拟的轨迹模拟试验。调试和应用结果表明:上驱动机构可实现迎角–15°～15°、x向0～200 mm范围内的受控运动;下驱动机构可实现迎角–11°～49°、x向0～680 mm、y向0～507 mm范围内的受控运动;系统可用于常规测力试验、投放试验、网格测力试验和轨迹捕获试验。     

超声速飞行器头罩分离风洞投放模型试验

采用风洞投放模型试验方法对稠密大气层内超声速飞行器两瓣罩旋转分离的运动特性进行研究,试验复现了飞行器两瓣罩旋转分离的整个动态运动过程,并得到飞行器头罩分离后两瓣罩运动轨迹和姿态角的变化规律,试验马赫数Ma=1.5。研究表明:飞行器两瓣罩在预置弹簧力作用下张开一定角度,气流进入两瓣罩腔内后压力迅速升高,高动压气流会对两瓣罩在分离过程中的受力情况产生重要影响,当两瓣罩根部与弹体间的铰链在临界解锁角η₀分离进入"自由飞行"阶段后,两瓣罩的运动轨迹和姿态角主要由气动力控制;弹体飞行迎角α=0°时,上下两瓣罩的运动轨迹和姿态角基本对称,弹体飞行迎角α=-5°时,上下瓣罩的运动轨迹和姿态角明显不对称性,弹体迎角α对两瓣罩分离特性影响比较显著。