飞机尾涡演变及快速预测的大涡模拟研究

飞机尾涡的发展与同跑道降落后机的飞行安全及机场起降效率密切相关。尾涡近场特性主要决定了着陆阶段飞机的尾涡强度。以A320飞机简化缩比模型为研究对象,在1 m × 1 m低速水洞中开展了尾涡近场形态流动显示实验。研究结果表明：平尾涡在拖出过程中围绕翼尖涡旋转,不同流向站位的旋转角速度存在差异。对比模拟结果发现：平尾涡绕翼尖涡的旋转角速度与实验结果基本吻合,说明不同雷诺数下涡对发展在相对位置旋转角速度特性方面具有一定相似性。

     

螺旋桨旋转方向对飞机俯仰力矩特性的影响

为了找到一种改善低平尾涡桨飞机中小迎角下纵向静稳定度的方法,采用数值模拟手段研究了螺旋桨旋转方向对飞机俯仰力矩特性的影响。基于动态面搭接网格技术和非定常雷诺平均Navier-Stokes （URANS）方程,首先对某T尾双发涡桨飞机进行了计算,验证了方法的精度和可靠性,然后对同向旋转（CO）、对转-内侧上洗（CNIU）和对转-外侧上洗（CNOU）3种低平尾涡桨飞机构型开展了数值模拟,分析了各构型的俯仰力矩变化特点及流场细节。研究结果表明：对于常见的CO构型,在小迎角下由于平尾整体效率降低,飞机的俯仰力矩曲线斜率较无动力构型大幅度下降;在小迎角下,CO构型左侧平尾的效率几乎丧失,但右侧平尾却具有良好的效率;CO构型左右两侧平尾的效率呈现巨大差异的主要原因在于两侧平尾当地的下洗梯度不同;3个构型中,CNOU构型的俯仰力矩特性最差,CNIU构型在整个中小迎角范围内都能保持良好的俯仰力矩特性。     

离心力对于旋转叶片表面积冰影响的数值模拟研究

为了加深对旋转叶片表面积冰现象的认识,发展了一种适用于旋转表面积冰预测的数学模型,并采用该模型研究了离心力对于旋转叶片表面积冰的影响。通过对积冰控制体内的由于撞击水滴形成的薄水膜流动的质量、动量和能量守恒进行分析,发展了旋转贴体非正交曲线坐标系下的积冰模型并给出了相应的计算方法。所发展模型的动量方程中考虑了离心力对水膜流动的影响,并且在能量方程中考虑了净流出水带走的能量。采用文献中旋翼表面的积冰试验结果对所发展的模型和计算方法进行了验证,所计算得到的冰厚与试验结果吻合较好,计算得到的冰厚精度相比于LWICE软件有所提高。计算结果还表明,离心力增大会导致水膜速度在叶片展向上的分量变大,致使流出控制体的水质量增加,最终导致冰厚在驻点附近略微变小。     

基于OpenFOAM的三维H2/Air连续旋转爆轰流场数值模拟

为进一步研究旋转爆轰流场特征,基于开源计算流体动力学软件OpenFOAM,采用9组分19步的基元化学反应模型,对H2/Air连续旋转爆轰流场进行了三维数值模拟,得到了旋转爆轰波稳定传播时燃烧室内部流场的详细结构,研究了燃烧室头部激波的传播特性,分析了旋转爆轰燃烧室的压力增益性能。结果表明:旋转爆轰波后的第一道反射激波在由燃烧室外壁面向内壁面传播过程中反射激波的高度增加并在靠近内壁面附近与滑移线交汇形成局部高温高压区域;旋转爆轰波在外壁面位置处相位约落后于内壁面0.003rad～0.15rad,其相位差随燃烧室曲率差的增加而增大;燃烧室头部反射激波数目受到曲率差和进气总压的影响,燃烧室曲率差增大,反射激波数目减少,进气总压增大,反射激波数目增多;燃烧室压力增益保持在0.3以上,在进气总压一定的条件下,压力增益随着燃烧室曲率差的增大有增加的趋势。研究结果揭示了三维旋转爆轰流场的精细结构和燃烧室头部激波的传播规律。     

旋转调制式惯性平台的圆锥运动误差

转调制式空间稳定平台采用陀螺壳体翻滚技术,陀螺壳体翻滚在平台伺服跟踪作用下将形成圆锥运动.圆锥运动误差会引起陀螺漂移,对高精度、长航时惯性导航系统的精度将造成严重影响.首先,介绍了高精度、长航时旋转调制式惯性平台的基本工作原理,推导了平台上的陀螺沿旋转主轴相对地球的角速度.其次,阐述了陀螺壳体翻滚的圆锥运动,推导了壳体...     

旋转天平试验预弯接头干扰研究

目前国内现有的旋转天平试验装置都是使用弧形弯轨的方式,为了获得较大的迎角范围,都采用了预弯接头的设计。小迎角下,预弯接头正好处于模型的尾流区内,预弯接头会对模型的气动力和气动力矩产生一定干扰。本文基于FD-09低速风洞旋转天平试验系统,采用将预弯接头安装到对称的负角度并翻转模型的方法来开展预弯接头干扰试验研究。试验研究表明：在小迎角下,当预弯接头处于模型尾流区内时,预弯接头对模型纵向和横航向气动特性都有干扰;但是其干扰主要是引起气动特性曲线的平移,对旋转导数几乎没有影响。本文提出的将预弯接头安装到对称的负角度并翻转模型的干扰修正方法非常简便,可以为旋转天平试验开展预弯接头干扰修正研究提供一种方便快捷的试验方法。     

两类多自由度开关磁阻电机原理与控制的类比

多自由度(Multi-degree-of-freedom,MDOF)开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)中的电磁力具有多维分布特征,对其建模和主动控制可实现该类电机的多自由度运行。无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)和直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)均具有多自由度运动控制的特点,其电磁力的分布规律、建模方法和控制策略具有一定的相似性。通过对比这两类多自由度开关磁阻电机工作原理的相似性,将前期BSRM数学模型和控制方法的研究成果进一步应用于LRSRM中,实现了LRSRM的准确建模和高性能控制,为推动和加速LRSRM的研究提供参考,以期进一步完善多自由度开关磁阻电机的研究理论体系。     

涡轮动叶吸力面气膜冷却径向差异对比

数值仿真研究了不同吹风比和旋转雷诺数条件下涡轮叶片吸力面不同叶高位置处气膜冷却效率分布的差异。研究涉及5个直径为0.8 mm的圆柱孔,气膜孔处于涡轮叶片吸力面17.8%流向位置处,并分别处于10%、30%、50%、70%和90%叶高位置处。研究在400、600 r/min和800 r/min转速下进行,分别对应旋转雷诺数357 000、536 000和715 000。研究涉及5个吹风比:0.50、0.75、1.00、1.25和1.50。研究结果表明:靠近叶根处的气膜受叶根通道涡影响明显向叶顶方向偏转。不同叶高位置处的气膜冷却效率分布存在明显差异。旋转给冷却射流带来附加离心力和哥氏力的作用,使得吹风比和旋转雷诺数的增加对不同叶高位置的气膜尾迹偏转产生不同影响。旋转雷诺数对不同叶高位置的气膜冷却影响存在差异。      

轴对称Boltzmann模型方程统一算法与空天飞行环境喷管流动模拟

拦截机动飞行器周围大范围区域存在主喷/侧喷流/羽流影响,而传统的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程不能很好模拟发动机喷管扩张段出口附近流动情况,需要一种新的方法来处理这种全流域流动问题.为解决该问题,针对特定轴对称喷管内流动,本文通过数学推导确立描述不同克努森数稀薄环境条件下的轴对称喷管内流动Boltzmann模型方程,初步建立适于该模型方程的数值格式与气体动理论统一算法.通过开展同轴圆筒间的定常/非定常旋转流动以及轴对称喷管内流动数值计算研究,发现统一算法计算流场与其他途径得到的结果吻合较好,验证了统一算法在全局克努森数喷管流动模拟的适应性和可靠性.通过与低密度风洞实验对比,喷管出口核心区羽流结构一致,羽流轴线压力分布一致,表明统一算法可以有效解决喷管入口压缩段到扩张段多流域混合,尤其是出口附近稀薄气体真空低压环境流动问题.     

离心叶轮背腔旋流抑制技术设计及验证

基于旋转盘腔径向外流科氏力作用理论,开展了叶轮背腔旋流抑制引气方案设计,并通过数值计算对设计方案进行了评估,结果表明:叶轮背腔径向外流引气方案由科氏力起主导作用,可抑制叶轮背腔旋转比,提高引气出口静压系数至0.88,较常规方案A增加16.6％,增大了叶轮背腔向前的轴向力,可起到调节发动机在慢车等低状态的转子轴向力轻载、反向的作用,但由于轮背旋转壁面与气流之间的速度差增大,导致轮盘消耗风阻功率增加,引气出口温度增加30 K,并在旋转换热实验台上对该技术进行了验证.