桥梁断面雷诺数效应数值模拟研究

针对大海带东桥引桥断面和苏通长江公路大桥主梁断面,基于确定性涡方法进行静三分力系数及Strouhal数(St)雷诺数效应分析,采用粒子强度交换法(PSE)粘性扩散处理.和风洞试验值对比显示,数值计算结果有着合理的可信度.数值计算也显示雷诺数对这两种截面的静三分力系数及St影响不可以忽略;对苏通桥主梁断面在雷诺数在1×10~5和1×10~6范围时,St数受雷诺数影响很大,而这个范围内用试验的值来得到实桥的St数是非常困难的.     

桥梁断面雷诺数效应

雷诺数效应是流体力学的传统基础性问题,随着桥梁跨度的增加,桥梁断面雷诺数效应研究日显重要.在近两个数量级的雷诺数范围内测量了两类桥梁断面的三分力,以及表面压力.研究了桥梁裸体断面三分力系数及表面压力系数的雷诺数效应,宽高比对裸体断面三分力系数,以及表面压力系数雷诺数效应的影响.近流线型桥梁断面的阻力系数、升力系数都有明显的雷诺数效应,Ⅱ型断面阻力系数雷诺数效应与近流线型断面规律相反,雷诺数对两类断面的表面压力分布具有较大影响.宽高比对三分力系数雷诺数效应有明显的影响.     

台风“凡亚比”作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究

为研究台风作用下我国沿海地区超高层建筑表面的风压特性,于2010年在台风"凡亚比"登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压状况进行了同步监测,并开展了建筑模型风洞试验,获得了超高层建筑表面的实测瞬时风压、平均风压、平均风压系数和脉动风压系数的相关特性和分布规律。现场实测与风洞试验的对比研究表明:现场实测和风洞试验所揭示出的超高层建筑表面风压特性及其随风向角的变化规律基本一致;迎风面平均风压系数的现场实测值明显大于风洞试验结果,而背风面和侧风面平均风压系数的现场实测值与风洞试验结果相差较小。     

某层流机翼验证机风洞试验数据修正方法

高亚声速条件下机翼层流特性对雷诺数非常敏感,风洞试验雷诺数与飞行雷诺数有较大差异,需要对验证机风洞试验数据进行合理修正。针对验证机对雷诺数效应敏感的特点,首先总结并对比了基于经验公式和基于数值模拟的风洞试验气动力系数雷诺数效应修正方法的优缺点和适用性,并给出了风洞试验中伪雷诺数效应和模型差异等的影响,为验证机试验数据修正提供了思路。然后结合变雷诺数数值模拟对验证机气动特性进行雷诺数效应影响规律研究。最后使用基于变雷诺数数值模拟的试验数据修正方法将验证机高低速风洞试验结果由低雷诺数向高雷诺数修正。结果表明：变雷诺数数值模拟风洞试验数据修正方法对层流机翼验证机高低速风洞试验数据修正效果良好,为验证机精细设计提供数据支撑。     

大跨斜拉桥主梁断面气动导纳的实测研究

以苏通大桥为研究背景,通过专门研制的一套测压装置,利用测压法对苏通大桥主梁断面气动导纳进行了现场实测研究,并将现场实测结果与风洞实验结果及Sears函数进行了对比研究。结果表明:现场实测结果与风洞实验结果接近,与Sears函数有交叉,在低频范围内远小于Sears函数,在高频范围内逐渐与Sears函数靠拢,表明对于气动导纳来说,风洞实验结果是可靠的,且传统上利用Sears函数代替气动导纳函数进行桥梁结构抖振响应分析时得出的结果将过于保守,因此,对大跨桥梁进行抖振响应分析时,应针对气动导纳函数进行专门的实验研究。     

分离式三箱梁车-桥系统气动特性风洞试验

为研究分离式三箱梁气动力特性和主梁-列车系统的气动干扰效应,基于风洞试验对比分析了直线型腹板及圆形腹板以及附属设施对主梁断面三分力系数的影响,进一步研究了不同腹板形式主梁气动力的雷诺数效应,同时讨论了列车与主梁间的气动干扰效应.结果表明:分离式三箱梁的阻力系数随风攻角的变化趋势与分离式双箱梁十分接近,即先减小后增大,且...     

雷诺数对大型客机低速气动特性影响的试验研究

在哈尔滨气动院FL-9 增压风洞进行了某大型客机低速高雷诺数半模测力测压风洞试验,来流马赫数为0.2,增压范围为1~4个大气压。基于模型机翼平均气动弦长的雷诺数从2.9×106 到11×106。以此为基础主要分析了雷诺数对机翼纵向气动力特性的影响,结果发现雷诺数对升力线斜率、最大升力系数、失速攻角和失速特性都有影响。相对于增升装置打开后的高升力构型,雷诺数对巡航构型的影响更明显。     

基于风洞试验和数值模拟的超临界机翼雷诺数修正方法研究

结合风洞试验方法和数值模拟,对采用超临界机翼的大型飞机进行雷诺数影响规律研究。对比分析了不同雷诺数下的试验结果和数值模拟结果,在此基础上研究了基于数值模拟结果的雷诺数修正方法,将低雷诺数试验结果向高雷诺数进行修正。修正结果与相应雷诺数试验结果相比,阻力系数相差不超过0.0004,升阻比最大误差约为0.2。针对于力矩系数修正误差问题进行了修正方法改进,改进后的修正误差从0.01降为0.001,表明了修正结果在飞行雷诺数下的适用性。     

某民机着陆构型雷诺数效应风洞试验研究

通过对某民机增升装置着陆构型进行半模高雷诺数风洞试验,获得了不同马赫数下的雷诺数影响。结果表明:对于该民机的着陆构型,在试验雷诺数范围内,雷诺数对最大升力系数的影响存在敏感区域,最大升力系数随雷诺数增加的变化并不单调,但趋于平缓,纵向静稳定性随着雷诺数增加而增大。     

层流机翼飞行验证平台雷诺数效应分析及修正

在飞机设计阶段,获得真实准确的气动特性数据对设计方案的改进和定型都十分重要。然而,当前在设计初期所采用的缩比模型风洞试验存在一定的局限性,预测的气动数据也难以同真实飞行情况下完全一致,雷诺数效应便是导致这种差异的最主要原因之一。采用CFD数值模拟方法针对特殊布局形式的层流机翼飞行验证平台低速起降和高速巡航构型分别在试验和飞行雷诺数下进行数值模拟分析。通过计算所得全机气动力系数与风洞试验数据的对比分析,验证了本文数值模拟结果的可靠性和准确性,同时也佐证了风洞试验数据的有效性。通过计算所得高、低速力系数,流场结果和高速层流区长度的对比,分析总结得到雷诺数效应对验证平台高低速气动特性、低速失速分离特性以及高速层流转捩特性的具体影响规律,并据此对低速和高速试验数据进行修正,为后期飞行试验的设计提供数据支撑。     

临界雷诺数区准椭圆形覆冰导线风压特性研究

采用刚性模型进行测压试验,得到了不同雷诺数下准椭圆形覆冰导线的风压分布规律,通过对比平均风荷载、脉动风荷载及风荷载谱等参数,分析了雷诺数对风荷载以及横风向驰振稳定性的影响。当雷诺数达到临界区,与亚临界区的对应值相比,平均阻力系数下降、平均升力系数随风向角变化幅度大且在某些对称工况产生横风向平均升力系数;平均风压系数分布对风向角等参数更为敏感。旋涡脱落由亚临界区的规则脱落变为不规则脱落,周向风压相关性减弱,特征频率消失。临界区内平均升力系数急剧的下降段使得结构更易发生横风向驰振。     

教练机非线性极曲线相关性研究

对某型教练机以风洞试验数据为基础,考虑支架干扰修正、进气影响修正、喷流影响修正、雷诺数修正、寄生阻力、静弹性效应等对零阻作出修正,同时考虑高度修正、分离阻力系数、升致阻力因子、配平阻力增量的影响,最后得出用于实际飞行使用的Cy大于0.3非线性平衡极曲线,并作出极曲线修正前后对性能影响的比较。     

大型煤气柜风荷载的风洞试验及数值模拟

对某大型煤气柜进行了风洞测压试验及风压数值模拟。分析了试验模型表面风压分布及其脉动特性,并同数值计算结果、规范条文中类似断面结构的风压分布作对比。结果表明：风洞试验中由于结构表面分布的工字钢及表面粗糙度的处理,雷诺数效应对表面风压分布影响并不明显,但对表面绕流场分离区的风压值有一定影响。结构的均方根升力、阻力系数在频域表现为宽带谱;采用基于雷诺平均的RNGk-ε湍流模型能较准确地模拟表面平均风压分布,其计算结果同样可为结构抗风设计提供参考;在不同量级雷诺数下数值模拟得到的平均风压分布能反映出雷诺数效应的影响。     

小展弦比机翼加装格尼襟翼的低雷诺数试验

通过风洞试验研究了在低雷诺数下加装格尼襟翼的小展弦比机翼气动特性,机翼展弦比为1.67,格尼襟翼为1%~4%弦长高度,试验雷诺数分别为2.0×105和5.0×105.天平测力和表面测压的试验结果表明:低雷诺数下小展弦比机翼加装一定高度的格尼襟翼后,升力系数明显提高,加装1%弦长高度的格尼襟翼还能够提高机翼的升阻比.这是因为在试验雷诺数下,合适高度的襟翼在提高了机翼升力的同时并未显著增大机翼阻力.对比不同试验雷诺数下格尼襟翼的作用效果,表明格尼襟翼能够减少低雷诺数气流分离的不利影响,并且在较小的雷诺数下这种作用更加显著.关于格尼襟翼对低雷诺数层流分离现象的影响,还需要通过细致的流场显示技术进行研究.      

平流层飞艇螺旋桨地面风洞试验

按照等雷诺数Re和等前进比λ相似准则,从平流层飞艇螺旋桨的运动和动力相似角度出发,建立了螺旋桨拉力系数、功率系数和效率等参数的相似公式,并在地面常规密度风洞中进行了螺旋桨的缩比模型试验.通过对有关试验结果与平流层原型桨的数值模拟和片条理论计算结果的对比分析可看出,三者基本吻合,从而说明地面风洞试验的环境密度大小基本不影响螺旋桨相似性参数,由此得到平流层飞艇螺旋桨可在地面常规密度风洞中按照等Re和等前进比相似准则进行缩比模型试验,而不必为此建立特制的昂贵的低密度环境风洞.同时,实验结果表明,在螺旋桨前进比小于0.3时的情况下,因滑流区侧向收缩大,片条理论计算的无量纲气动性能曲线需要进行侧收缩修正.      

旋成体表面沟槽减阻试验研究

在旋成体模型表面粘贴铝基沟槽蒙皮,研究沟槽表面对模型阻力的影响。给出基于来流单位雷诺数的沟槽尺寸无量纲公式,用于设计沟槽齿高和齿宽,依据试验风洞的单位雷诺数范围,选定3种尺寸的沟槽进行减阻试验。结果表明,在旋成体表面湍流流动区域顺流向布置沟槽,当沟槽齿高和齿宽的无量纲值h＋、s＋均小于25时,在小迎角下具有减阻作用,当s＋约为15时减阻效果最明显,可减小约3%～4%的阻力。     

宽体客机高速风洞试验数据修正方法

宽体客机航程远、巡航马赫数高,其气动设计对风洞试验数据精准度要求很高。通过完善中国空气动力研究与发展中心FL-26风洞试验数据修正技术和设备,对宽体客机高速风洞测力试验数据进行支撑/洞壁干扰、模型变形及流场畸变等系统修正,获取干净、可靠的风洞试验基准数据,为开展雷诺数、静气动弹性和动力影响等相关性修正奠定基础。研究表明：支撑干扰试验时,尾腔压力分布测量位置和假支杆长度伸入模型尾腔50 mm即可获得可靠的支撑干扰试验结果;在试验包线范围内,洞壁干扰对宽体客机模型升力、阻力和俯仰力矩系数影响较小;试验模型变形对宽体客机气动特性影响较为明显,马赫数0.85时模型变形后的升力线斜率减小0.005左右,焦点前移0.021 b_A,需进行相关修正。     

民机风洞试验半模垫板高度对气动特性的影响

半模作为提高大型商用飞机风洞试验雷诺数的一种模拟手段而被广泛应用。首先回顾了半模试验的模拟方式及其优劣,进而选取当前发展趋势的附面层垫板作为研究对象,采用数值模拟研究了垫板高度变化对气动特性影响的内在机理。数值模拟结果和试验吻合较好,数值计算采用速度分布入口可以较好模拟风洞核心段边界层厚度,计算值和试验值更加接近;垫板高度的增加使得升力系数增加、阻力系数减小及俯仰力矩系数增加;垫板在机翼上游区引起的上洗使得机翼沿展向各剖面当地迎角增加5%、动压增加1%,从而使得机翼上翼面压力分布朝负值方向移动。有别于以往认为垫板的洗流只影响内侧机翼,结果表明垫板影响范围扩展至全翼展,当地迎角的增加是主要影响因素,垫板对机翼展向各剖面影响量值不一致,对内侧机翼影响较大。所得结论可更好用于民机半模风洞试验的开展,具有一定的工程实用性。     

大型客机低速构型高雷诺数风洞腹撑支架干扰数值模拟

风洞到飞行相关性修正是获取现代大型客机低速气动特性的重要手段，通常采用增压提高风洞试验雷诺数，而支架干扰修正是该修正体系的一个关键环节。采用数值模拟研究了增压风洞腹撑的支架干扰，并分析了腹撑对飞机各部件的干扰及其对风洞流场的影响。通过数值模拟与风洞试验对比，表明升力系数相差0.006，阻力系数最大相差0.001 2，俯仰力矩系数最大相差0.01，验证了CFD数值模拟方法的可靠性。CFD计算结果表明：腹撑使得全机升力增加、阻力减小，俯仰力矩增加；腹撑对升力影响的主要部件是机翼，腹撑使得风洞中心以上动压增加，提升上翼面流速，从而增加了机翼的升力；与传统认识不同的是腹撑对阻力影响为负，且主要影响部件为缝翼，原因为缝翼下偏使得法矢分量向前从而减小了阻力；腹撑对俯仰力矩影响的主要部件是机身及平尾。研究结果揭示了腹撑对飞机气动特性影响的量级、主要影响部件及其流场变化，可为支架干扰数据修正及支架优化设计提供参考。所得结论可更好用于支架干扰试验的开展及风洞到飞行数据的修正，具有一定的工程实用性。