结构误差对旋转稳定弹丸气动特性影响的数值模拟

基于剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型,对考虑结构误差情况下的弹箭模型进行数值模拟计算。首先采用CFD和工程经验公式相结合的方法,得到了不同马赫数、不同转速情况下无结构误差模型的多种气动特性参数。通过与实验数据对比,阻力、法向力、俯仰力矩、压心位置误差在10%以内,验证了该方法的可行性和准确性。然后,建立了考虑结构误差即质量分布不对称、弹体不同轴和无结构误差模型,并分别进行了气动特性模拟计算。结果表明,质量偏心对滚转阻尼力矩系数、马格努斯力矩系数影响很大;弹体不同轴对法向力系数导数、俯仰力矩系数导数、马格努斯力矩系数导数和压心位置都产生很大影响。结构误差使模型的多种气动特性参数产生很大变化,将影响其飞行弹道和稳定性。     

飞行器非圆因子和翼身干扰因子修正系数的数值解

提出了飞行器任意形状截面表观面积的数值计算模型和方法,从而求解非圆因子(即非圆剖面与当量圆剖面局部法向力系数之比)和翼身干扰因子的修正系数。计算结果与解析解进行了比较,可看出该计算方法具有精度高和广泛通用性的特点。它对复杂飞行器大迎角(含小迎角)气动特性工程估算有现实的使用价值。     

非圆截面弹体法向气动力估算方法研究

从位势理论出发，引进小扰动细长体理论中的部分思想，建立了任意截面弹体法向气动力的理论基础，推导出工程估算方法。该方法通过求解仅与截面形状有关系数，对巳有的圆截面弹体气动力进行修正，很方便得到任意非圆截面弹体气动力特性。该方法预测结果与实验数据进行比较，具有较好精度。     

任意截面弹体的翼身干扰系数估算方法研究

从小扰动线化速位方程出发，结合细长体理论，建立了任意截面弹体法向气动力与截面形状系数之间的相关性；采用二维鳞片法求解速位方程可以得到截面形状系数，从而进行单独弹体气动力估算。根据部件组拆法思想，对这一工程估算方法进行推广，提出一种适合于任意截面导弹翼身干扰系数的估算方法，该方法得到的预测结果和吹风实验、文献数据比较符合较好。采用以上方法对矩形截面的翼身组合体进行估算，具有较好的精度。     

直升机气动干扰实验研究

本文介绍了一个模型直升机气动干扰实验研究的概况,给出了有和没有旋翼时平尾法向力时均值的比较。旋翼拉力系数对平尾法向力时均值的影响,平尾法向力的时间历程等。通过平尾法向力计算结果与实验结果的比较,说明在低风速时的平尾法向力计算中考虑旋翼下洗对动压的影响是重要的。     

某型民机着陆构型粘性气动力计算

采用ICEM对某型民机着陆构型进行多块结构化点对点网格剖分,运用基于N-S方程的WISE MAN PLUS软件对该构型低速粘性复杂流场进行数值模拟.在进场条件下,计算的升力和试验值误差在3.8%以内,俯仰力矩和试验误差在3.6%以内;计算与试验失速迎角差别在1°左右,最大升力系数较试验小6.3%.同时还给出了一些流场显示结果,对复杂流场进行了机理分析.计算与风洞试验结果符合较好,满足工程需要.     

民用飞机气动工程估算软件设计与开发

工程估算是飞机概念设计阶段常用的气动力计算方法,其计算效率高,并且满足飞机概念设计的精度要求。工程估算过程涉及大量的图表查阅与数据插值,传统的手动计算存在工作量与人为误差较大的缺点。针对上述问题,在已有工程估算方法的基础上,搭建了气动工程估算数据库,提出了软件的系统架构与组成,设计并开发了基于民用飞机的气动估算软件。软件具有良好图形用户界面,提供了多种输入方式与自动多维插值算法,与手动计算相比,减少了计算工作量,提高了计算效率和精度。以某大型民用飞机为对象,利用软件进行气动工程估算,并与算例的计算流体力学法(CFD)结果进行比较。结果表明:二者结果基本相符,而且计算成本远低于CFD方法。这体现了软件在民机概念设计阶段具有较高的工程实用性。     

地空导弹厚壁气动加热温度计算

导弹在飞行中,弹体周围的气流温度会升高,弹体表面被加热;飞行速度越高,加热越严重。介绍了地空导弹厚壁气动加热的工程计算方法,包括空气绕流参数、热交换系数与弹体头部的表面温度计算公式。     

超声速飞行器侧向喷流干扰流场传统数值模拟方法的误差分析

使用CFD方法,分别就真实喷管边界和简化喷口边界,计算超声速飞行器侧向喷流干扰流场,研究边界条件对干扰流场及气动力的影响.使用k-ε湍流模型封闭雷诺平均N-S方程,利用非结构网格对流场进行空间离散.通过对比,计算结果与实验值吻合良好,证明该方法具有一定可靠性.进一步研究表明喷流边界条件对喷流干扰流场具有一定影响:相对于简化喷口边界,真实喷管边界喷流出口的非均匀性导致喷口上游分离涡和激波位置较为靠前,从而引起附加气动力和力矩的变化;由于摩擦阻力的作用,真实喷管静推力存在损失;喷流压比为500时,总法向力和总俯仰力矩在两种边界条件之间的误差分别为8.21%和22.4%,误差较大.在进行侧向喷流干扰流场的精确计算时,需要考虑边界条件的影响.      

飞机翼面气动载荷压力分布有限元节点插值方法研究

以气动点上的压力值作为输入,通过插值方法得到结构有限元节点上的压力值,分别采用薄板样条插值函数和弯曲板单元形函数插值的方法进行有限元节点的压力值计算,并将两者的插值结果进行了比较。结果表明,两种方法计算得到的总载、总矩均与试验结果符合较好,误差均在3%以内。相比较而言,弯曲板单元插值方法计算得到的压力分布曲面更光滑,总载、总矩也更为准确。     

高超声速滚转阻尼导数数值模拟

采用非定常Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程描述物体简谐振动流场,并在Ｅｔｋｉｎ理论下给出绕定轴转动时滚转阻尼导数的计算公式,定常流场的计算采用空间二阶精度的交替方向隐式分解的ＮＮＤ格式,非定常流场的计算采用时、空二阶精度的Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ多步格式,采用代数和方法生成物体静、动网格。最后给出高超声速下钝体外形滚转阻尼导数的计算结果,以及滚转力矩系数随瞬时振幅的变化曲线。     

节点外啮合齿轮胶合承载能力中平均摩擦因数的计算方法

分析了现有胶合承载能力计算中平均摩擦因数计算方法的不足之处,根据节点外啮合齿轮传动的啮合特点,以相关标准中渐开线圆柱齿轮的计算公式为基础,提出了一种更为合理且精度较高的平均摩擦因数计算方法,以满足节点外啮合齿轮胶合承载能力计算的需要.通过对内、外啮合副节点前啮合和节点后啮合实例的计算,得出除外啮合节点前啮合以外,利用标准计算得到的平均摩擦因数的误差都超过18.5%,而改进计算方法所得的误差都在6.5%之内,证实了这种改进的平均摩擦因数计算方法具有更高的精度,而且这一计算方法也适用于标准齿轮传动.      

弯曲进气道三维边界层预测

本文研究了弯曲进气道内三维可压缩湍流边界层的预测方法。采用非正交曲线坐标系中三维边界层积分方程,并引入掺混系数微分方程,用滞后掺混法求解,数值方法为预估-校正法,用三次样条函数解决了离散数据的插值、求导的精度问题。所编程序可在微机上运行。实例计算清楚地揭示了弯曲进气道内强横向流动对边界层发展的影响,计算所得的进气道总压恢复系数与实验值的误差为1～2％。     

高超声速锥体表面凸起物分离干扰区气动力/热关联计算方法

针对高超声速锥体表面凸起物周围的分离干扰流动产生的气动力/热提供了关联计算方法,包括凸起物周围分离干扰区压力分布计算方法、分离干扰区几何特征的计算方法、分离干扰区附加气动力计算方法、分离干扰区气动热计算方法.对典型的钝锥加凸起物外形进行了计算,计算分析了由于凸起物周围分离干扰区压力升高引起的附加气动力、凸起物表面及干扰区的气动热,对气动热计算结果与激波风洞实验结果进行了比较,本文关联方法计算结果与实验结果符合较好.     

亚音速升力面气动敏感性导数计算

具有任意曲线前缘的亚音速升力面的气动敏感性导数由核函数法给出。用自适应积分法计算弦向积分,用Multhopp法结合抽去奇点,计算Mangler积分主值。将积分核展成Chebyshef多项式的渐近展开式以保证结果的收敛性。最后将广义力系数及其敏感性导数表示成简单形式,对椭圆、矩形和后掠机翼作了计算,所得结果在升力面理论精度范围内与直接由核函数法得到的结果一致;而且所得到的偏导数可在飞机设计中分析综合用于多学科优化。     

插入式机翼下壁板对接附加弯矩研究

插入式机翼下壁板对接具有双剪传力稳定、疲劳性能好的优点，但其结构中心线在对接区变化明显，会带来附加弯矩。为尽量减小对接区的附加弯矩，提出了在建立飞机骨架模型时即优化中央翼下翼面外形面相对外翼下翼面的位置方法。基于插入式机翼下壁板对接结构的特点，阐述了对接结构偏心的来源和附加弯矩的形成；针对某A型飞机的对接结构计算了偏心值，并利用力法对附加弯矩在对接区的分布进行了计算分析。以某A型飞机的对接结构为基础，建立了4组插入式下壁板对接结构的模型，每组模型的中央翼下翼面位置相对外翼的不同；分别用力法和有限元法对附加弯矩进行了计算。结果表明：可以通过优化中央翼下翼面外形面的相对位置达到减小对接区附加弯矩的目的。描述了另外两种下壁板对接形式的附加弯矩情况，并和插入式的进行了简单比较。最后，总结了为减小区域附加弯矩及其不利影响在对接结构设计上需要注意的点。     

军事活动影响下的终端区容量评估方法研究

准确地预测军事活动影响下的空域容量对于缓解军民航用空矛盾冲突具有重要意义。通过对飞机机动动作的分析,给出飞行受限区的划设方法;利用改进的遗传算法从定量的角度对军事活动影响下的空域容量 进行评估;以某机场终端区为例,对终端区容量进行仿真实验。结果表明：改进的遗传算法能够有效避免传统算法计算量指数级增长的局限性,在保证准确性的同时可以提高运算的效率。     

冷轧带钢轧制压力分布计算

利用经典轧制力模型和轧辊压扁模型，考虑二者的耦合推导出考虑轧辊压扁半径的轧制力显示计算公式，在此基础上开发了基于影响函数法的冷轧带钢轧制压力分布计算程序，并用该程序结合实际生产中的采样数据模拟计算了HC冷轧机各道次的轧制压力分布和总轧制力，将所得计算结果与现场实测数据进行比较。结果表明：所得轧制力计算结果与现场实测数据平均值相近，轧制压力分布与实际相符，为HC轧机板形控制提供了一种计算轧制压力分布的有效方法。     

超声速湍流导管烧蚀流场稳定性研究

对超声速湍流导管烧蚀流场进行理论计算,选取了初始面积比为2.0和3.0的超声速导管,得到了在绝热指数为1.1、1.2和1.3三个典型状态下总焓、马赫数、导管内压力、静焓及恢复焓随导管截面积加大的计算结果。研究表明:试验过程中总焓不变,但由于试验材料烧蚀导致导管的截面积加大将引起其余流场参数的变化,马赫数随导管的截面积加大而加大,其余参数随导管的截面积加大而降低,在导管截面积增大20%时,马赫数增幅在9%以内,导管内压力降幅在20%以上,静焓降幅在8%以内,恢复焓降幅在1%以内,绝热指数的上升将引起导管参数增幅或降幅加大,初始面积比加大,将引起导管参数增幅或降幅减小。     

加热表面水珠运动特性研究

为研究加热表面的水珠运动特性,提出了加热表面水珠的几何参数、受力及其运动过程的计算方法。试验获得了水珠的表面阻滞力、黏性阻力和气动力计算关系式中的相关系数,给出了不同风速条件下水珠运动的临界直径,进行了加热表面水珠运动试验并对其过程进行了数值计算。试验结果表明：水珠的无量纲表面阻滞力保持恒定,运动时受到的黏性阻力与其运动速度和宽度有关,在外流场作用下所受的气动力可采用修正圆球阻力公式进行计算。将试验获得的相关系数加入水珠运动模型中,对加热表面水珠运动过程进行数值计算,计算结果与试验结果吻合,说明本文所述方法能够准确地模拟加热表面水珠大小和位置随时间的变化。