基于数值仿真与飞行试验的弹道修正火箭弹阻力系数简易辨识

作为单通道鸭舵控制弹道修正火箭弹研究的关键技术之一,气动系数的辨识是实现弹体飞行控制的前提与基础。该文以阻力系数简易辨识为主要研究内容,主要探讨数值仿真与飞行试验相结合对阻力系数进行辨识的方法。利用Grigen网格划分技术和Fluent流体力学仿真(CFD)相结合,获得弹道修正火箭弹的仿真气动数据;通过弹体的受力和力矩分析,建立六自由度弹道模型;根据飞行试验数据,对比分析弹道模型与仿真气动数据,对阻力系数进行修正优化。通过试验验证,经过修正的阻力系数精度得到很大提高,对于研究弹道修正弹的弹道特性规律和制导控制设计具有参考价值。     

空腔噪声测量技术探讨

空腔流动现象广泛存在于飞机的飞行过程中,由其引起的强烈气动噪声会显著地降低腔内航空构件的寿命,并且破坏电子元件的灵敏度。首先介绍空腔诱发气动噪声的机理、空腔内部的流场类型及噪声分布情况。鉴于实际飞行过程中空腔周围边界条件与计算机仿真、风洞试验中的差异,飞行试验是获得飞机在飞行环境下空腔内声场和压力场分布的唯一途径。参考国内、外空腔声场和流场的风洞测量经验,提出飞行试验中的空腔噪声的测量方法与数据处理方法,并完成脉动压力传感器与表面传声器的对比试验,验证此测量方法的可行性。     

基于临界风量系数的空调压缩机降频研究

为了预测空调室外机在不同安装条件下是否发生压缩机降频,基于空调室外机进出口温差以及换热器换热量计算其在各种安装情况下对应的风量,焓差测试数据表明存在一个临界风量系数可以用来评估空调压缩机是否降频。基于空调室外机风洞测试进行三维CFD仿真建模,仿真结果与试验结果对比显示室外机风量曲线趋势一致,同静压下风量最大误差约为5%。研究结果表明,基于CFD仿真以及临界风量系数可以预估室外机在用户安装情况下是否发生压缩机降频现象。     

IPC-80亚、跨、超音速风洞弹丸及飞行器试验测试系统

本文主要介绍亚、跨、超音速风洞基本结构及气动原理,新配置的IPC-80测试系统。论述了弹丸及飞行器气动试验模拟信号处理、变换采样、数字量取真、模型迎角和阀位循环码读取方法,对标模动校作了测试精度考核。     

近空间高超声速气动力数据天地换算研究

该文针对高升阻比面对称飞行器近空间高超声速飞行环境,考虑马赫数效应、粘性干扰效应和真实气体效应等多种复杂气动效应对飞行器气动力数据的影响,采用CFD数值模拟技术和气动数据相关性理论分析方法,建立了基于地面风洞试验外推获取实际飞行状态下气动力数据的天地换算方法;并采用CFD技术对气动力数据天地换算的精确性进行了验证。     

关于小口径尾翼弹修正方法的研究

进行了小口径尾翼修正弹气动外形设计,并对其进行气动仿真,得出了阻力、升力、翻转力矩、导转力矩等空气动力数据.在分析小口径尾翼修正弹气动特性的基础上,对其大量气动数据进行方程拟合.通过气动和动力学仿真,模拟修正弹修正过程,对小口径尾翼修正弹飞行稳定性和修正能力进行分析.仿真结果表明,在满足全弹气动布局、飞行稳定、电机有效控制的条件下,经气动外形设计的小口径尾翼修正弹具有良好的飞行稳定性和修正能力.     

风冷散热器热阻流阻测试系统风洞和试验段设计

热阻和流阻是电力半导体用散热器的两个重要热工参数.本文介绍了风冷散热器的热阻和流阻测试系统中风洞和试验段的设计方法和过程.试验段最大尺寸为500mm×250mm,最大风速为15m/s,散热器最大压损800Pa.风洞气动结构采用了低速直流风洞设计,动力段布置在风洞入口,后面依次为扩张段、稳定段、收缩段和试验段,包括试验段在内,风洞总长度为5.2m,收缩比为5.76.根据气动计算结果,空风洞压力损失为201Pa,总输入功率为1.9kW.通过在试验段箱体内部设置由横板和立板组成的抽屉板,实现风道截面尺寸可调.横版与立板通过滑槽连接,两个立板之间距离在一定范围内无级可调.立板设计成几个尺寸可以更换,实现不同高度散热器的测量.     

轴流风叶气动噪声仿真分析及结构改进

轴流风叶的气动性能研究主要以试验为主,缺少有效的仿真评估方法。为提升轴流风叶开发效率,采用计算流体动力学(CFD)和计算声学(CA)分步耦合的方法对空调器轴流风叶气动噪声进行仿真模拟,通过试验验证仿真中前5阶谐波处声压级幅值误差在±8%以内,据此对原轴流风叶进行改型设计,增大风叶安装角,得到相同风量下气动噪声更低的改进风叶。该方法可为空调器轴流风叶气动噪声评估及风叶改进设计提供参考。     

汽车前端冷却模块流场模拟与试验研究

本文利用CFD分析与风洞测试两种手段对整车前端冷却模块气流场进行分析验证,通过对4个车速即(20、50、90和110)km/h下的15个测点的气流情况进行分析得出,CFD分析与试验结果十分吻合,计算值与试验值的误差在可接受的范围内。本工作验证了CFD分析的准确性,对于整车前端冷却模块流场的考察完全可以用CFD模拟代替试验,节省开发费用,对整车开发有重要的指导意义。     

基于最大似然估计法的超声波测风仪校准周期研究

针对超声波风速仪校准问题,该文以基于时差法的超声波测风仪为例,利用实验室测试数据对超声波风速仪溯源必要性和校准周期方法进行研究。首先采用大直径低速回路风洞对多支超声波风速仪进行等间隔长期测试;然后确认仿真条件,进行超声波风速仪测试仿真;最后通过最大似然估计法给出超声波风速仪校准周期并进行验证。结果表明：超声波风速仪有必要确定校准周期,参与测试的传感器总数、校准总次数和不合格数对校准周期的确定影响较大,不合格平均出现次数对校准周期的确定影响较小,建议超声波风速仪校准周期72个月。     

基于3211多阶跃激励CFD模型的颤振导数识别研究

提出一种通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)建立离散时间气动模型并识别颤振导数的方法,该方法通过强迫模型按一种3211多阶跃方式运动,由CFD数值模拟得到作用在模型上的气动力.由于3211多阶跃包含了丰富的频率成份,能激励起气动力系统在这一连续频域范围内的广泛响应,因而可基于3211输入-气动力输出得到定义在某一频率范围的离散时间气动模型.该气动模型能对对应不同折算风速的简谐位移输入快速仿真得到气动力输出,通过这些输入-输出就可快速识别任意折算下的颤振导数,无需对不同折算风速重复进行CFD计算.应用本文方法识别了薄平板的颤振导数,并与薄平板风洞试验结果进行了比较,颤振导数的一致性证明了本文方法的有效性.     

指数脉冲强迫激励CFD模型运动的气动参数识别法

计算流体动力学（CFD）模拟是获得桥梁断面颤振导数的主要方法之一。提出了一种基于CFD计算气动力，建立气动模型并经模型仿真快速识别颤振导数的新方法。该方法采用具有连续频谱分布且位移光滑的指数脉冲序列为CFD模型运动的输入，通过数值模拟得到作用在模型上的气动力。利用已知的输入和气动力建立起反映系统气动力特征的离散时间气动模型。然后利用该模型仿真系统在简谐位移输入的气动力响应，再基于该输入和模型仿真输出识别颤振导数。该方法在竖弯和扭转方向各自仅需一次CFD模拟，无需重复进行CFD计算，能显著减小CFD计算颤振导数的工作量。进行了薄平板颤振导数的识别，研究结果与Theodorsen平板理论解、薄平板风洞试验值的一致性，证明了研究方法的可靠性和有效性。     

移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟

下击暴流造成了大量的输电线塔、风机等结构的破坏,对其风场及其引起的结构风荷载研究非常迫切。该文基于RANS,利用SST k-ω湍流模型模拟了下击暴流风速特性及其作用下高层建筑的风荷载。对静止型下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载进行了三维定常数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果相对比,结果表明:所建立的CFD计算模型能较好地模拟下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载。借助于滑移网格技术对移动型下击暴流进行数值模拟,探究了相应的下击暴流风场及其对位于射流口中心移动路径上的高层建筑的风荷载。将该文模拟得到的移动型下击暴流径向风剖面与实测结果以及其他学者模拟结果相比较,吻合度较高,验证了凭借滑移网格技术能逼真地模拟出下击暴流的风场特性及其作用下高层建筑的风荷载。将静止型和移动型下击暴流的风场特性及其对建筑物的风压作用进行详细对比,研究结果表明:射流口的移动增强了运动方向的径向风速,减小了负方向的风速,并增大了建筑物表面的风压系数,这在结构设计中应予以考虑。     

复杂体型大跨建筑的风荷载预测与抗风设计

该文针对防城港文化艺术中心项目在抗风设计中的相关问题,综合运用CFD数值模拟方法、刚性模型测压试验和动态风振计算等研究手段,深入分析了该大型复杂体型大跨建筑屋盖表面的风荷载,为结构设计提供了详尽的风荷载数值依据。即在建筑方案阶段,采用CFD数值模拟对屋盖风压进行初步研究,将得到的平均体型系数作为初步设计的依据;确定建筑...     

箱梁断面静风力系数的CFD数值模拟

用计算流体力学(CFD)方法模拟了桥梁跨中断面周围的风场特征,不仅能得到流场的压力、速度和涡旋的分布,还提取了箱梁断面的三分力系数。分别采用不同密度网格划分对主梁断面进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较,选取最合理的网格划分方法。然后,对某一大跨度桥梁跨中断面的箱梁模拟了从-5°至+5°共11个整数度风攻角工况的三分力系数。并将数值模拟结果与风洞试验进行了对比,给出了不同攻角下的压强和速度分布,验证了采用CFD技术模拟桥梁三分力系数方法的可行性与可靠性。     

基于风洞试验和数值模拟的双矩形断面涡振气动干扰研究

采用节段模型风洞试验和CFD数值模拟对宽高比为5∶1的双幅矩形断面涡振气动干扰进行了研究。分析了不同水平间距对双矩形断面竖弯和扭转涡振响应的影响。在水平间距比为1.2时进行了动态压力测试,并分别对竖弯和扭转涡振风速下的脉动风压场进行POD分析。结果表明双矩形断面间存在显著的气动干扰,且一般而言下游断面的涡振响应大于上游断面。前两阶本征模态与双矩形断面涡振相关联,由前两阶本征模态可重构脉动风压场。CFD数值模拟的结果表明双矩形断面的涡振符合“撞击剪切层失稳机制”,且一个周期内上游断面下风向以及下游断面上风向区域的流动变化较为显著。CFD模拟与POD分析的结果相符合,两者相结合可用于分析双矩形断面的涡振现象。     

桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法

由于需要在不同折算风速下重复进行大量试验或CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟,现有风洞试验和CFD方法识别桥梁断面颤振导数耗时且效率低。提出一种基于CFD离散时间气动模型,快速识别感兴趣折算风速带宽内任意折算风速下桥梁断面颤振导数的全带宽识别法。该法基于任意拉格朗-欧拉描述的有限体积法和多层网格技术,首先计算作用在桥梁断面上的非定常气动力,CFD模拟时强迫桥梁断面以单自由度竖弯或扭转方式振动,位移模式为定义在感兴趣的频率范围内的指数脉冲时间序列。然后利用得到的气动力和该指数脉冲输入,通过系统识别建立起反映桥梁断面气动力系统特性的离散时间气动模型。随后利用该气动模型仿真桥梁断面在简谐位移激励下的气动力响应,并由该模型的输入和响应通过系统识别得到桥梁断面的颤振导数。该法在竖弯和扭转方向各仅需一次CFD模拟,就可构造离散时间气动模型,使得颤振导数识别的计算量显著降低。开展了三汊矶大桥加劲梁断面颤振导数识别和颤振临界风速计算,研究结果与风洞试验的一致性,证明了方法的可靠性和高效性。     

斜拉索风雨激振的数值模拟研究

为研究斜拉索风雨激振的发生机理,该文对带固定水线的斜拉索二维模型进行CFD 数值模拟,得到了气动力系数随上水线位置变化的曲线,并分析了上水线对拉索气动特性的影响。将CFD 计算得到的气动力系数曲线代入风雨激振二维两自由度模型中进行数值求解,实现了对风雨激振现象的完全数值模拟。然后对比风雨激振人工模拟降雨风洞试验测得的结果,分析了平均风速和脉动风速的影响。研究表明,上水线的振荡是诱发风雨激振的主要原因,且考虑风速脉动后的斜拉索振动及水线振荡更接近试验结果。     

倾转旋翼气动特性风洞试验与数值模拟研究

针对倾转旋翼,开展了悬停及巡航状态气动特性的风洞试验和数值模拟研究。试验中,采用六分量天平和扭矩天平,测量了悬停和巡航状态下的旋翼拉力和扭矩,获得了一些倾转旋翼悬停效率和巡航效率的试验数据,验证了设计的倾转旋翼的气动性能。为了分析流场特征,采用运动嵌套网格方法,通过求解NS方程对倾转旋翼流场进行数值模拟,并开展了数值模拟与风洞试验的相关性对比分析研究,验证了数值模拟方法的有效性。同时,获得了桨叶表面压力、桨尖涡以及诱导速度分布特性。