飞行器完全非定常气动力的一种工程计算方法

本文以谐振运动非定常气动力计算理论为基础,采用偶极子格网技术进行数值计算、有理式拟合、Fourier积分和Duhamel积分等步骤,给出了飞行器任意运动和受任意大气扰动时完全非定常气动力的一种工程计算方法。该方法数学处理方便,得到的气动力表达式简单。算例结果表明:该完全非定常气动力计算方法可行,精度令人满意,具有工程实际意义。     

二维涡轮叶栅流场的直接数值模拟

采用高精度有限差分格式求解非定常N-S方程组,对低雷诺数下二维涡轮叶栅流动进行了直接数值模拟,计算了雷诺数为10000,VKI涡轮叶栅在0°,8°以及-8°攻角下的流场,对涡轮叶栅非定常流动机理做了初步的探讨。计算结果表明:在叶栅尾缘处,逆时针方向和顺时针方向的主涡交替在壁面产生,并和主流相互作用产生二次涡,而当二次涡与主流连通发生掺混时,将引起主涡被分割并从叶片表面脱落;攻角在一定范围内的变化对VKI涡轮叶片表面边界层发展影响不明显。文中还对尾迹区的统计量特性和速度亏损特性等进行了研究。      

端壁抽吸位置对压气机叶栅角区分离控制的影响

以某高负荷压气机叶栅为研究对象,应用数值模拟方法探索了叶栅端壁不同抽吸位置对角区流动结构、通道漩涡发展过程以及叶栅性能的影响规律,寻求控制角区分离的可行方法。研究结果表明:在叶栅前缘上游5%C(弦长)位置实施抽吸,延缓了通道涡的形成,但导致叶栅来流攻角发生改变,在角区形成角区分离涡,并且该漩涡与通道涡相互促进,进一步恶化叶栅流场,导致叶栅落后角增大,损失增加;在叶栅通道激波后25%C端壁抽吸,吸除了上游端壁积累的高熵低能气流,制约了通道涡的迅速发展,改善了叶栅通道的流场结构,降低了流动损失,但并未对上游流场产生较大影响,是一种可行的方案。然而25%C处抽吸后,未能完全消除分离,在端部与叶栅通道主流之间存在较高损失区域。     

后缘喷流对三角翼绕流影响的N-S方程数值分析

本文用拟压缩性方法求解不可压流雷诺平均拟压缩N-S方程组,对带有后缘喷流的三角翼粘性绕流进行了数值模拟,求解中采用了Beam-Warming隐式近似因子分解格式以及MML代数湍流模型. 计算结果说明,后缘喷流使涡核压强降低,使涡核速度增大,从而对三角翼前缘分离涡有稳定作用,并能增大上翼面的负压值和下翼面的正压值,从而可以增加部分升力.计算结果还说明,喷口面积加大或喷流下偏会使上述作用增强.     

基于黏性涡粒子/沙粒DEM的直升机沙盲建模

直升机\"沙盲(Brownout)\"现象阻挡飞行员视线,导致直升机垂直起降、贴地飞行困难,甚至引发飞行事故。为研究直升机的\"沙盲\"特性,建立基于离散动力学的沙粒DEM(Discrete Element Method)模型和沙粒-流场耦合模型,嵌入旋翼黏性涡粒子和黏性地面气动模型,体现旋翼流场作用下沙粒移动、碰撞等特性,构建直升机\"沙盲\"现象计算方法。通过与美国陆军Yuma试验场EH-60L\"沙盲\"飞行试验结果对比,表明本文\"沙盲\"计算方法得到的\"沙云\"形状、扬起位置、高度、变化过程与飞行试验测量结果基本一致,且相比于基于沙粒夹带模型、沙粒起跳模型、速度罚值沙粒通量模型的拉格朗日沙粒跟踪方法,本文方法得到的\"沙云\"轮廓精度更高,与飞行测量结果更吻合。随后研究悬停和前飞状态\"沙盲\"形成特性,结果表明旋翼桨尖涡与地面干扰形成地面射流,推动沙粒移动堆积,诱发沙粒碰撞起跳,并在旋翼/地面干扰流场作用下扬起形成沙云,覆盖直升机前方视野,构成\"沙盲\"现象。     

滑动放电等离子体控制细长体头部背风区非对称涡实验研究

飞行器在大迎角飞行状态下,细长体头部背风区流场演变复杂,会出现非对称旋涡,产生随机侧向力,对飞行器的机动性和敏捷性影响很大。针对细长体大迎角非对称涡控制问题,采用顺流向布局的滑动放电等离子体激励器,结合测压和粒子图像测速（PIV）等手段,对细长体模型开展了风洞实验研究。研究结果表明：激励电压10 kV是流动控制开始生效的阈值电压;当来流速度10 m/s（雷诺数0.8×10⁵）、迎角45°时（激励电压16 kV,归一化脉冲频率1.96）,获得最佳流动控制效果,侧向力系数最高可降低83.48%;随着来流速度继续增大,流动控制效果逐渐减弱,预测在来流速度26 m/s时将完全失效。

     

射流状态转换过程中转子流场的动态分析

为了探索周期性射流的射流状态转换过程中转子流场的动态响应特征,采用非定常数值方法对转子流场进行了模拟,并对叶尖泄漏涡的运动规律和转子负荷分布的动态变化进行了分析.结果表明,转子流场的响应主要表现在两个时间尺度:①与叶尖泄漏涡振荡周期相当的小尺度;②与转子负荷径向分布变化相关的大尺度.      

基于本征正交分解技术的高效气动弹性耦合计算方法

将降阶非定常涡格法与结构动力学方程耦合,构造出一种高效的气动弹性计算模型。计算模型中通过引入伪时间步迭代实现了气动与结构计算的紧耦合。另外,通过本征正交分解方法实现了计算模型的降阶。作为方法验证,文中将该方法应用于进行沉浮振荡运动的柔性薄板的气动弹性计算。计算结果表明,仅通过前7个POD模态就可以对涡格法的全模型进行很好的近似,并且该方法在损失很小精度（约1%）的条件下可以实现计算速度的大幅提升（约10倍）。在本文中,降阶模型在POD分析的样本变化范围内和变化范围外都有很好的表现。     

一种蒸发式凹腔驻涡值班稳定器的流动与点火性能研究

为进一步拓宽凹腔驻涡值班稳定器在低温、高速来流条件下的点熄火边界,提出了一种利用高温燃气预热、预混供油的蒸发式凹腔驻涡值班稳定器。研究了蒸发式凹腔驻涡值班稳定器的流动特性、燃油分布特性及点火性能。研究结果表明：蒸发式凹腔驻涡值班稳定器的掺混腔和凹腔内部形成的涡系结构为低温、高速来流下的点火和燃烧提供了有利条件。凹腔驻涡区的气相油雾沿流向分布均匀,沿周向从稳定器对称子午面最富递减到相邻稳定器中间面最贫。在相同来流温度下,蒸发式凹腔驻涡值班稳定器的贫油点火和熄火当量比均随着来流速度的增大而增大。在低温（600K）、高速（100～200m/s）来流条件下,相比于蒸发式Z形值班火焰稳定器和常规薄膜蒸发式火焰稳定器,蒸发式凹腔驻涡值班稳定器贫油点火当量比能分别降低5.5%和30%;其贫油熄火当量比能分别降低37.4%和48.8%。