非线性气动恢复力与飞行器动稳定性

复杂流动中,飞行器非定常气动数值计算后的参数辨识、飞行器模型的风洞定常测量、风洞动态(风洞自由飞)测量均显示了飞行器非线性气动刚度项(气动恢复力项、如俯仰力矩 攻角曲线Cm θ)将出现局部静不稳定( Cm/ θ>0)。　　飞行器气动恢复力对运动稳定性影响以往讨论较少,本文讨论了非线性气动恢复力局部出现静不稳定条件下的动稳定特性,其特点是突跃性、单边性与不确定性。飞行器飞行遥测数据分析支持了上述动稳定特性的描述。     

带控制舵弹体气动特性分析

本文用数值模拟方法研究了带控制舵弹体的气动特性。该问题外形复杂，在控制舵和弹身之间会出现明显的缝隙。为了解决此类外形的气动力计算问题，我们发展了结构网格和非结构网格的混合网格技术。这样一方面充分发挥了贴体结构网格质量好、效率高的优点，另一方面充分发挥了非结构网格几何灵活性好、易于模拟复杂外形的优点。数值计算与风洞实验相当吻合，说明本方法具有良好的精度。最后对两种外形进行大量计算并进行气动特性分析，给出了静稳定特性和配平特性的研究结果。     

仿鸟柔性扑翼气动特性与能耗的数值研究

建立了适当的三维仿鸟柔性扑翼模型,并以配平重力和平衡阻力为条件,数值计算了它的低雷诺数非定常流场.研究揭示了翼面初始扭转角度、动态俯仰幅度等重要设计参数与飞行性能的关系,表明扑翼平面的初始扭转程度、扑翼柔性材料的选择以及两者之间的合理搭配对扑翼机的成功飞行至关重要.研究分析了仿鸟扑翼的流场涡结构、升力推力产生原理,下扑过程附着上翼面的前缘涡是升力产生的重要机制.对扑翼气动功率的比较分析也发现,人造扑翼机需要的气动功率明显高出同等大小的鸟类,在效率方面尚不及扑翼飞行生物.     

NeoCASS: An integrated tool for structural sizing, aeroelastic analysis and MDO at conceptual design level

This paper presents a design framework called NeoCASS (Next generation Conceptual Aero-Structural Sizing Suite), developed at the Department of Aerospace Engineering of Politecnico di Milano in the frame of SimSAC (Simulating Aircraft Stability And Control Characteristics for Use in Conceptual Design) project, funded by EU in the context of 6th Framework Program. It enables the creation of efficient low-order, medium fidelity models particularly suitable for structural sizing, aeroelastic analysis and optimization at the conceptual design level.The whole methodology is based on the integration of geometry construction, aerodynamic and structural analysis codes that combine depictive, computational, analytical, and semi-empirical methods, validated in an aircraft design environment.The work here presented aims at including the airframe and its effect from the very beginning of the conceptual design. This aspect is usually not considered in this early phase. In most cases, very simplified formulas and datasheets are adopted, which implies a low level of detail and a poor accuracy. Through NeoCASS, a preliminar distribution of stiffness and inertias can be determined, given the initial layout. The adoption of empirical formulas is reduced to the minimum in favor of simple numerical methods. This allows to consider the aeroelastic behavior and performances, as well, improving the accuracy of the design tools during the iterative steps and lowering the development costs and reducing the time to market.The result achieved is a design tool based on computational methods for the aero-structural analysis and Multi-Disciplinary Optimization (MDO) of aircraft layouts at the conceptual design stage. A complete case study regarding the TransoniCRuiser aircraft, including validation of the results obtained using industrial standard tools like MSC/NASTRAN and a CFD (Computational Fluid Dynamics) code, is reported. As it will be shown, it is possible to improve the degree of fidelity of the conceptual design process by including tailored numerical tools, overcoming the lacks of statistical methods. The result is a method minimally dependent on datasheets, featuring a good compromise between accuracy and costs.     

风扇转子的气动优化设计研究

风扇转子气动优化设计是结合CFD、遗传算法和风扇特性的跨学科自动设计方法,这种设计较少依赖经验,能实现多目标和多设计参数组合的优化设计。先研究了四个关键技术：具有耗时少、计算较准确的叶片通道流场数值计算方法;具有良好寻优能力的数值最优化方法;三维叶片造型的参数化方法;以气动性能为目标的多目标函数构建方法。再将上述四个关键技术模块整合,构建简易的气动优化设计软件。三维叶片优化算例证明了该软件的设计能力,其设计结果较满意、设计效率较高、设计周期短。     

纵列式双旋翼直升机气动力和流场的数值模拟

纵列式双旋翼直升机的旋翼尾迹受前飞自由流、机身和旋翼之间的干扰影响,旋翼尾迹不仅影响机身的空气动力,也影响旋翼自身的空气动力特性.应用欧拉方程与计算流体力学(CFD)方法,采用自适应非结构直角网格技术生成计算域网格,数值模拟纵列式双旋翼直升机全机流场,给出了考虑旋翼影响的机身表面压力分布以及全机流场特性.     

基于LB动态失速模型的摆线桨气动性能计算方法

在Mcnabb摆线桨计算模型的基础上,提出了基于LB动态失速模型的改进的气动力计算模型。该模型可以计入叶片分离流动和叶片翼型升阻特性的影响,从而提高摆线桨悬停状态下的气动力计算精度。将计算结果与悬停时不同条件下的摆线桨的实验结果和原计算模型进行了对比,结果表明,所提出的计算模型具备很高的计算精度,可以用于摆线桨悬停状态下的气动性能设计与分析。通过对计算结果的分析,揭示了摆线桨具备高气动效率的部分机理。     

压力敏感涂料内流场测量系统及涂料校准

压力敏感涂料(PSP)测量技术是上世纪80年代以来发展起来的全新的测量技术,具有测压范围广,对流场干扰小的突出特点.着眼于流体机械内部流场压力测量,依托国内现有条件,自主建立了压力敏感涂料测量系统,并对国产涂料进行了校准实验和处理分析,检验了测量系统的有效性和可靠性,同时对国产涂料的特性与特点有了进一步的认识,为今后的工作打下了较好的基础.     

跨声速翼型风洞开孔壁的简化模型数值模拟

以开孔壁翼型风洞为研究对象,构建简化的仿真模型,模拟开风洞孔壁附近及小孔内的流动,研究开孔壁对风洞试验的影响。研究了开孔壁流动的主要特征参数并建立多孔板模型,为进一步建立数值风洞模型及研究洞壁干扰提供参考。通过简化的孔壁模型,研究了开闭比等特征参数对风洞流场和翼型绕流的影响。构建了二维简化孔壁模型和多孔介质孔壁模型,并验证了以多孔板模型模拟孔壁风洞流场的可行性。本文建立了一种研究跨声速孔壁风洞的孔壁效应的数值方法,为跨声速孔壁风洞流场的模拟研究提供参考,为进一步构建可靠的风洞孔壁数值模拟数学模型提供一种研究思路。     

微型扑翼飞行器的改进非定常涡格法

为在保证较高计算精度的前提下高效地进行扑翼飞行器(MAV)气动特性计算,提出了一种MAV非定常涡格法(UVLM)的改进算法.在算法中充分考虑翼面瞬时形变及诱导阻力等对MAV流场及气动力的影响,并在其尾涡模型中增加对尾迹涡环畸变及粘性耗散等的建模,使算法模型能更好地反映MAV的翼面气动状态.编程实现并通过实例验证了算法的有效性和快速性;为将UVLM引入MAV优化迭代,还研究了尾涡剔除对算法效率及精度的影响,结果表明在算法模型中剔除MAV尾部一定距离处的尾涡后,可在保证算法精度的前提下大幅减少运行时间,表明该算法在MAV结构优化中存在一定的潜力.