三维旋转水平轴风力机流场的PIV试验和数值模拟

通过粒子图像测速仪(Particle image velocimetry,PIV)测量和定常计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟相结合的方法,对某三维旋转水平轴风力机模型的流场展开研究。在风洞开口实验段,来流风速为8m/s,针对不同尖速比(λ=4,8)利用PIV技术对风力机叶片的瞬时速度场进行测试。通过定常CFD数值模拟,获得了风力机叶片在相应工况下的流场细节。在8m/s来流风速下,当尖速比大于7.4时,试验测得的风轮扭矩和风能利用率与数值模拟结果趋于一致。尖速比小于7.4时,试验测得的扭矩值低于计算值,其风能利用效率也较低。通过速度矢量分布可以看出,在λ=4时,PIV测得靠近叶根的两个截面S1,S2在叶背有明显的流动分离,CFD结果中仅在S1截面叶背存在流动分离,S2截面叶背存在低速区。在λ=9.8时,PIV和CFD结果均显示叶片绕流流场没有流动分离。尝试采用Gamma Theta转捩模型进行了数值模拟,在考虑了层流影响后,计算所得风轮扭矩更加接近试验值。     

共轴刚性旋翼悬停流场的PIV风洞试验研究

使用粒子图像测速(Particle image velocity,PIV)技术对2 m直径共轴刚性旋翼悬停流场进行了风洞试验研究。在所搭建的共轴刚性旋翼试验台上,对1 100 r/min和1 860 r/min两种转速,8°和10°两种总距下的共轴刚性旋翼流场进行了测量,并测量了单独上旋翼相同状态下的流场。通过对试验数据进行处理,得到了不同状态下桨尖涡的脱落轨迹以及流场速度矢量图。同时通过对比分析,研究了共轴刚性旋翼之间的气动干扰现象,并指出了上旋翼桨尖涡尾迹通过下旋翼桨盘时的"二次收缩"效应。     

双螺旋桨推进复合式直升机操纵分配与最优过渡路线设计

针对双螺旋桨推进复合式直升机在过渡阶段存在的操纵面冗余问题,设计了不同操纵机构之间操纵分配系数以及最优俯仰角过渡路线.建立了复合式直升机动力学模型并提出复合式高速直升机操纵策略.对于过渡段以全机功率最优为优化目标,使得操纵杆量连续光滑过渡为边界条件,优化得到最优过渡路线以及不同操纵机构之间操纵分配系数.对于低速阶段会出...     

基于三维高分辨率CFD解法的气动优化研究

采用以高分辨率MUSCL格式为核心的三维CFD解法，与自动化网格生成技术等结合，构建了适用于各类亚、超音速气动优化问题的气动造型数值优化系统。分析表明，遗传算法对采用三维高分辨率CFD解法的优化来说工作量太大；通过多激波系超音速进气道优化设计和跨音速翼型阻力最小化的比较显示，基于目标函数梯度的F1etcher-Reeves法的优化速度比不使用梯度信息的Powell法快了近一倍。研究表明．梯度法是相对更适合气动优化系统的非线性优化方法。本文使用梯度法成功地对三维跨音速机翼进行了优化设计，获得了升阻比明显高于原始超临界机翼的设计方案。     

线状多体系统定常气动力节段模型风洞测试

在风—车—桥耦合振动分析及具有独立式双层桥面的大跨桥梁风致振动分析中常需得到考虑相互气动影响的各构件的三分力系数。为进行线状多体系统定常气动力测试,在常规桥梁节段模型三分力测试装置的基础上研制了一种三分力分离装置———交叉滑槽系统。该系统利用环形滑槽和直线滑槽交叉点位置的变化来调整各测试构件间的相对几何关系,并能实现多构件的同轴转动,从而方便地进行不同迎角情况下的气动力的测试。最后,利用交叉滑槽系统对一具有双层桥面的钢管混凝土系杆拱桥在其上有车及无车情况下各构件的定常气动力进行了测试,试验结果表明:车辆的存在对上、下桥面的气动力有较明显的影响。     

连接面刚度对于升力面动力学特性影响研究

折叠空气舵折叠机构以及舵轴处连接的设计对于折叠空气舵动力学特性有很大影响,基于折叠空气舵模态试验测得模态参数,对折叠空气舵进行动力学有限元建模以及校准,以此为基础,调整折叠机构以及舵轴与舵机的连接等多处连接刚度对应有限元模型参数,研究舵系统模态频率随各连接面刚度对应有限元模型参数调整的变化趋势,并得出具有参考意义的结论,用以指导折叠机构以及舵轴处连接等的结构优化设计。     

永磁球形电机的自适应反演滑模控制

针对非线性、强耦合、直驱型的永磁球形电机动力学系统,设计了一种自适应反演滑模控制器。首先,通过拉格朗日第二方程以及卡尔丹角坐标变换建立永磁球形电机的转子动力学方程。然后,将反演设计方法和滑模控制有机结合抑制外界扰动和参数摄动的影响。其中,基于类李雅普诺夫方法获得外界扰动上界的自适应律,并采用一种新颖的趋近律消除抖振问题。最后,仿真结果对比证实:该控制器不仅能保证永磁球形电机动力学系统高精度的轨迹跟踪、快速的动态响应,而且对外界扰动具有较强的鲁棒性。     

稳定伞变阻尼过程动态特性研究

对稳定伞变阻尼过程的动态特性进行了研 究,仿真分析了稳定伞变阻尼时软管 椎套系统的动态响应过程。研究结果表明,通过改变伞撑角达到控制稳定伞阻尼的目的,从而使得加油装置下沉高度发生改变,达到控制加油锥套的位置。     

基于广义动态尾迹倾转旋翼飞行器数学建模

为了进一步提高倾转旋翼飞行器的建模精度,采用广义动态尾迹理论建立旋翼的诱导速度模型,进而建立了旋翼气动力计算模型;考虑旋翼尾流对机翼的影响,建立了机翼气动力模型;考虑旋翼和机翼对其他升力面的气动干扰,建立相应的气动力计算模型;最后以XV 15倾转旋翼飞行器为例,对建立的模型进行验证。仿真结果表明：建立的飞行动力学模型可以很好地反映飞行器的物理特性,适用于倾转飞行器的飞行动力学研究。     

基于CFD与飞行动力学耦合方法的舰载直升机着舰平衡分析

将计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）模型与飞行动力学模型相结合, 建立了适用于舰载直升机着舰飞行的平衡分析方法。在满足气动力计算精度的前提下,为提高计算效率,CFD模型使用Euler方程作为主控方程,并采用动量源项代替旋翼对其流场的作用。将CFD计算所得气动力对飞行动力学模型计算所得气动力进行修正迭代,并根据牛顿迭代法求解飞行动力学平衡方程,最终求得平衡参数。应用所建立的方法,首先进行了算例验证,以表明方法的有效性;然后着重对舰载直升机着舰飞行进行了平衡计算与分析,为直升机着舰飞行提供参考。