机翼低雷诺数流动的数值模拟

通过SIMPLE方法求解非定常不可压N-S方程,研究了小展弦比机翼在低雷诺数下的流场特征,并分析其对气动特性的影响。研究对象为展弦比为1.0的平板矩形翼,进行了不同攻角的数值模拟,模拟雷诺数为1×105。分析表明:在小攻角时,主涡不断的从机翼上表面脱落;在大攻角时,受翼尖涡的影响,分离涡保持在机翼的背风面不脱落,形成驻涡。通过对流场分析,低雷诺数前缘层流分离和翼尖涡对小展弦比机翼的空气动力学特性起了决定性作用;使低雷诺数小展弦比矩形翼出现非定常、非对称和驻涡等现象。     

双立尾/三角翼布局的立尾抖振研究

在北航的风洞中进行了双立尾-三角翼布局的立尾抖振实验,目的是研究立尾抖振产生的原因.主要采用了激光测振仪测立尾加速度和动态压力传感器测立尾表面的动态压力的实验方法.实验结果表明在旋涡破裂以后,立尾上就会产生强烈的抖振.抖振是由立尾上表面压力的周期性脉动造成的.对机翼和立尾表面的压力频谱分析表明,立尾上的压力脉动来源于机翼前旋涡破裂流中的螺旋波.对于本实验使用的模型来说,当机翼迎角α=0°~20°范围,由于流动是附着流和涡流,所以立尾没有明显抖振;当机翼迎角在α=20°~56°范围,立尾处在破裂涡流的范围,立尾抖振明显,并且抖振强度在35°~50°之间达到最大.因此,三角翼破裂涡流中的螺旋波正是双立尾产生抖振的主要原因.     

近距鸭翼高度对鸭翼－前掠翼布局纵向气动特性影响的实验研究

前掠翼布局由于其潜在的优越性,在未来战斗机的研究设计中将占有日益重要的地位.本文通过风洞测力实验,研究了近距鸭翼相对于前掠主机翼的高度对布局纵向气动性能的影响.实验结果表明:随着主机翼前掠角的增大,近距鸭翼布置高度逐渐增加可获得较好的气动特性.     

低雷诺数非细长三角翼绕流流动结构实验研究

通过水洞流动显示实验对低雷诺数非细长三角翼绕流流动结构进行了研究,特别是前缘剖面对50°三角翼绕流涡结构的影响及存在双涡结构时模型的最大后掠角.实验表明,双涡结构对染色液的注入位置很敏感,且这一双涡结构现象在64°三角翼绕流中仍可观测到;此外,前缘剖面形状严重影响涡破裂位置及涡核的空间分布.与迎风面倒角前缘相比,背风面倒角的三角翼易于产生双涡结构、可以推迟涡破裂并使涡核靠近模型上表面,进而有利于提高三角翼的气动特性.     

后掠翼对细长体头部侧向力特性的影响

通过在细长体顶点处设置扰动块的方式使细长体的绕流具有确定性,在此基础上研究了机翼对细长体头部侧向力特性的影响.通过实验发现,测压截面越靠近机翼顶点,受机翼的影响越大.在50°迎角以下,后掠翼对细长体头部侧向力特性的影响很小.在60°迎角时,后掠翼对细长体头部的侧向力特性影响较大,此时单独细长体的侧向力特性实验结果已不能直接应用于后掠翼身组合体了.     

基于展向参数主动控制的机翼外形设计方法

传统的机翼外形设计方法包括平面形状设计和关键剖面翼型控制,但有限的机翼剖面翼型无法完全控制机翼参数沿展向的完整分布。以主动控制机翼参数沿展向分布规律为出发点,基于 CATA 中创成式曲面设计模块,提出了一种新的机翼外形设计方法。在所展示的建模实例中,实现了对机翼弦长、几何扭转角、翼型厚度等参数沿展向分布规律的主动控制。建模结果显示,与传统的机翼外形设计方法相比,获得了理论弦曲面和理论前后缘曲线,而非理论弦平面和理论前后缘直线,同时得到前后缘线以外的其余"条展向引导线。该方法可以很容易地推广到对后掠角、最大厚度、最大弯度等参数沿展向分布的主动控制,具有工程应用价值。     

太阳能飞机机翼翼型对光伏组件性能的影响

结合5种太阳能飞机翼型(BC3111、BC3X92、BCS127、BC2125和SD7080)的气动性特点,建模并研究 了机翼上安装的光伏组件太阳高度角及其产生功率。研究证明:飞机向北飞行的时候,所有翼型上光伏组件太阳高度角随着弦上位置的增加而振荡上升,且有趋于饱和值的趋势;而向南飞行的时候,却呈现相反的趋势。当飞机向北飞行时,机翼弦向后端曲度小,机翼表面更接近1个斜平面,光伏组件的表面更倾向太阳,导致太阳高度角大;而当飞机向南飞行时,情况正好相反;当飞机东西方向飞行时,机翼翼型对组件太阳高度角无影响。发现所有翼型上光伏组件产生功率在向北飞行时比向南飞行时多,而东西向飞行时组件产生功率为固定值。原因在于,向北飞行时,组件接受到的太阳光更大。当飞机向北飞行时,应选择BC3X92翼型,不仅气动性最佳,而且组件产生功率也最大;而向南飞时,可选择SD7080型和BCS127型实现组件最大功率输出。     

控制大后掠角机翼边界层分离的涡流发生器数值模拟

针对安装在大后掠角机翼上的涡流发生器控制流动分离的问题,采用雷诺平均纳维 斯托克斯 (RANS) 方程以及剪切应力传输 (SST) 湍流模型,通过搭接网格技术,对带有涡流发生器 (VG) 的大后掠角机翼进行数值模拟,分析VG的安装位置对大后掠角机翼边界层分离的控制机理及气动特性影响。研究发现VG的作用仅仅在其周边边界层内部区域,影响范围小,在弦线方向安装VG存在最佳布置位置。VG必须安装在靠近气流将要分离的高能量区域,才能有效的抑制气流分离,达到增升减阻的效果。     

一种考虑气动弹性的运输机机翼多学科优化方法

探索了在运输机初步设计阶段的一种计及气动弹性的机翼气动/结构综合优化设计方法.该方法将试验设计方法与二次响应面、Kringing模型和神经网络等工程近似技术相结合,建立考虑气动弹性后的气动性能和结构性能的近似分析模型,在这些近似模型的基础上进行最优化设计.应用该方法进行了高亚声速运输机计及气动弹性的机翼气动/结构综合优化设计,设计结果表明:(1)近似模型精度满足工程设计要求,所设计的高亚声速运输机机翼具有较好的气动/结构综合性能,表明本文方法是可行的;(2)计及气动弹性的优化设计结果比不考虑气动弹性的优化设计结果性能有很大提高,说明对高亚声速运输机机翼设计来说,在初步设计阶段考虑气动弹性是很有必要的.     

三角翼大迎角绕流特性数值模拟的网格处理技术研究

研究网格对三角翼大迎角绕流特性数值模拟的影响.结果表明,网格的生成需要结合流动现象,对网格拓扑结构和网格点分布进行选择与搭配.C-H型网格适宜模拟尖前缘分离涡流态,法向网格在一定范围内应等距增长,沿流向逆压梯度较大的区域内适当增加网格点,尾迹区网格则应做上翘处理.Euler方程具有模拟三角翼旋涡及预测涡破裂特性的能力,但对二次涡等粘性引起的流动细节把握能力不足.利用层流假设的N-S方程,通过合适的网格,也可得到满意的计算结果,但对涡破裂后的强烈非定常湍流流动模拟能力不足.采用旋涡螺旋度可准确反映主涡与二次涡流动,描述旋涡的破裂现象.用轴向速度迅速减小并小于来流速度的点作为涡破裂判据似应更合理.