基于变弯度技术和协同射流的混合流动控制技术研究

现代飞机强调高速巡航特性且兼顾隐身特性,因此翼型往往采用厚度较小,前缘半径不大,弯度不大的薄翼型。这类翼型的低速气动性能较差,容易失速,限制了这类飞机的短距起降特性和载重能力,因此需要借助流动控制技术来改善低速特性。该文讨论新型的协同射流主动流动控制技术,同变弯度技术包括后缘变弯和前缘下垂技术等被动流动控制技术相结合,探索混合流动控制技术的流动控制机理和控制效果。基于数值模拟的结果发现:仅采用单一的流动控制技术在薄翼型上得到的控制效果有限,而将协同射流同变弯度技术结合的混合流动控制技术可同时发挥不同流动控制技术的优点(例如协同射流引起的后缘失速的推迟,下垂前缘带来的前缘失速推迟,后缘襟翼带来的零升迎角减小)。该文提供的混合流动控制方案可以将薄翼型的最大升力系数提升至C_Lmax=3.3127,相对原始构型提升了96%,具有广阔的工程应用前景。     

翼型动态风洞试验洞壁效应研究

翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和静压分布更不均匀,动态试验翼型在相同迎角下的洞壁干扰更严重,表现为翼型在大迎角段,洞壁干扰导致模型中间截面附近和端部截面附近的速度分布和压力分布差异更明显,且相比于压力面,吸力面流动的二维性变得较差。侧壁干扰抑制了翼型中间截面附近的流向分离,诱导了端部附近的展向分离流。上洞壁和下洞壁的非定常压力系数随翼型实时迎角变化也呈迟滞环曲线,迟滞环方向相反,且脉动一阶主频率与翼型俯仰振荡频率一致。风洞洞壁干扰下,翼型动态失速三维涡结构呈“Ω”型。风洞上下壁干扰使得翼型线性段的升力系数和升力线斜率均增加,诱导翼型提前失速;在负行程,则使得翼型升力系数降低。侧壁干扰在负行程诱导了翼型表面的展向流动、减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,正行程范围则影响较小,且翼型失速延迟。FL-11风洞翼型动态试验的上下壁干扰效应为主导因素;但是侧壁干扰不可忽略,特别是在翼型振荡周期的大迎角和负行程范围。     

介质阻挡放电净化汽车尾气NOX和HC的应用研究

研制了一套高压脉冲电源和介质阻挡放电反应器,通过在常压下放电产生低温等离子体。结合模拟汽车排气试验,对放电电压、脉冲频率、含氧量以及初始浓度影响HC、NOx净化的规律进行了系统研究。研究表明,利用介质阻挡放电产生低温等离子体净化尾气,是一种具有发展前景的排气后处理技术,对汽车尾气NOx和HC的净化具有明显的净化效果。     

喷射方法对尾流旋涡脱落的抑制

采用数值模拟的方法研究了尾部喷射对波动来流绕圆柱流动旋涡脱落的抑制,进而研究圆柱尾流控制机理.研究流场的无量纲波频范围为0².8,来流波动的无量纲幅值为0.2,雷诺数=200.在圆柱尾部沿圆柱母线开宽度为0.04倍柱体直径的缝隙,从缝隙中射出流体对尾流进行抑制,寻找可有效抑制旋涡脱落的喷射速度范围,进而求出雷诺数=200,无量纲振幅为0.2时有效抑制范围.当喷射速度在一定范围内时,可有效抑制旋涡脱落,并且随着无量纲频率的增大,有效抑制范围逐步减小.     

改性(Sr,Ca)TiO3基储能陶瓷介电及MLCC性能研究

工业级脉冲储能多层瓷介电容器(MLCC)是现阶段国内研制和生产电子启动装置的重要元器件, 针对国内主要有机薄膜电容器尺寸大、寿命短、可靠性较低的不足, 本研究采用传统固相反应法, 制备了SrTiO₃和CaTiO₃基的脉冲储能介质陶瓷材料, 研究了微量助烧剂掺杂, 以及Sr²⁺/Ca²⁺相互掺杂对陶瓷材料的介电性能的影响, 并进一步制备和研究了以(Sr,Ca)TiO₃为基体MLCC性能。实验结果表明: 通过加入质量分数1.0%的助烧剂, 引入微量Bi³⁺ 可取代Sr²⁺, 提高了SrTiO₃材料的介电常数, 而Bi³⁺对CaTiO₃基材料的介电性能无明显影响; Mn元素有效抑制高温烧结中Ti⁴⁺的还原, 降低介电损耗; 加入助烧剂有效降低瓷粉的烧结温度, 提高材料的致密性。(Sr_xCa_1-x)TiO₃体系的MLCC可保持较高的介电常数和较低的介电损耗, 当 x=0.4 时, 其介电损耗tanδ=1.8×10^-4, 击穿强度为59.38 V/μm, 高低温放电电流变化率为±7%, 放电稳定, 在常温和高温(125 ℃)下经1000次循环充放电实验均未失效, 是一种在不同电场强度下具有相对较优的容量稳定性以及较高可靠性的脉冲特性(Sr,Ca)TiO₃基电容器陶瓷介质材料。     

水蒸气等离子体诱导凝结分子动力学研究

本文采用分子动力学方法初步讨论了水蒸气非平衡态等离子体形成机理和增强凝结机理。非平衡态等离子体放电部分建立水蒸气放电模型,基于该过程获得等离子体中的主要荷电粒子类型为O^-,OH^-和H2O⁺。采用密度泛函理论OH^-和H2O⁺的电荷分布进行理论计算。采用SPC/E力场对凝结过程进行分子动力学模拟。分别计算在凝结过程中,这些荷电粒子诱导成核的增长过程。将该微观过程与宏观理论相对照,初步获得等离子体诱导蒸汽凝结的微观机理。     

碘工质射频离子推力器放电特性仿真研究

碘作为空间推进器中极具发展潜力的工质,近些年备受关注。与氙气不同,碘工质放电的产物较为复杂,主要是I⁺,同时还包含了少量的I^-、I₂⁺、I₂⁺和I3+。虽然多价离子的含量较少,但对推力器的工作性能存在着不小的影响。文章基于等离子体放电建立二维轴对称模型,分别研究了质量流量、射频功率以及背景压力对两种主要电离产物I⁺、I₂⁺的影响。质量流量为20～70 mL/min,随着质量流量的增加,I⁺略微降低,I₂⁺略微增加。射频功率为100～650 W,随着射频功率的增加,I⁺迅速增加,I₂⁺略微减小。背景压力在0.001～0.1 Torr时,随着背景压力的增加,I⁺先是快速增加,在p0=0.015 Torr左右,开始减小;I₂...     

用微型计算机提高超声波测距、测深仪测量精度的若干方法

在微型计算机应用于超声波测距、测深仪之前,测距、测深仪虽然都是根据回声原理制成,记下从发射超声波,到从目标反射回到声源处的时间间隔t,根据声波在空气或水中传播的速度c来计算出声源到目标物的距离D。 D=1/2ct(m)(1) 但式中的声速c都被看作是一个常量,在电路上以一个半倍于声速c的频率,由回声时间控制此频率的计数脉冲个数来测定距离D。而实际上,声速c并不是常量,它是一个决定于介质中许多声传播特性的变量。在空气和水的介质中,声速关系式较为简单,具体如下。在空气中: 在100m深以内的水中: c= 1400+4.ZT一0.055T’+1.39s(m/s)(3) …     

多用途扇翼机设计与实现

该文设计了一款多用途扇翼飞行器，在扇翼机的基础上对扇翼机的实际用途进行探究并实现相关功能。该文研究的对象是一架机长为970 mm、翼展为1 200 mm且翼面积为39.35 dm²的扇翼机。试验结果表明，该无人机具有超短距起降、大迎角不失速、操纵控制简单、低速飞行稳定性和安全性好等优点，是一种性能介于直升机和固定翼机之间的新型无人机，搭配现有设备就可以在军事、农业、救灾以及运输等方面具有广泛的应用价值。     

旋翼翼型高速风洞动态试验装置研制

为弥补国内在旋翼翼型高速风洞动态试验模拟能力和测试精度方面的不足,基于FL-20连续式跨音速风洞,提出采用双端同步驱动旋翼翼型试验模型的方式,设计了一套高速风洞动态试验装置。该装置依托双天平动态载荷测量结合表面动态压力测量的方式,可提高旋翼翼型动态气动载荷的测量精度。风洞试验结果显示：当旋翼翼型试验模型的俯仰振荡幅值为10°时,其振荡频率可达17 Hz,且试验马赫数为0.6,雷诺数达到5×10⁶,处于国际领先水平。所研制的动态试验装置及其相关测试技术具有较高的可靠性,且试验数据可靠、规律合理,具备了开展高速风洞动态试验的能力,可为旋翼翼型动态失速问题的研究以及真实直升机试验参数的模拟提供重要的技术支撑。     

飞机T型尾翼跨音速颤振特性研究

由于飞机T型尾翼的结构与气动布局特点,T型尾翼颤振计算不能套用常规尾翼的分析方法,而需要考虑平尾面内运动以及静升力等因素的影响。而跨音速空气压缩性效应和非定常气动力计算的不准确性,使得T型尾翼跨音速颤振计算更加困难,准确性较低。因此,需要采用试验为主计算为辅的方法来研究飞机T型尾翼跨音速颤振特性。针对某T型尾翼结构,用ZAERO软件等价片条势流跨音速颤振(ZTAIC)方法计算T型尾翼跨音速颤振特性,研究了马赫数、风洞气流密度和平尾迎角对T型尾翼颤振特性的影响。通过升力系数斜率空气压缩性修正计算方法和跨音速颤振模型风洞试验方法得到了飞机T型尾翼的跨音速颤振的凹坑曲线和空气压缩性特性,两种方法得到结果一致。     

NACA0012翼型抖振现象实验研究

通过在风洞侧壁安装动态压力传感器测量侧壁脉动压力的方法针对NACA0012翼型开展了零攻角状态下跨声速抖振特性的实验研究,并测量了翼型沿弦向与展向的压力分布。从时域和频域两个方面分析了脉动压力结果,得到了NACA0012翼型的跨声速抖振起始马赫数和抖振频率等抖振特性。研究结果表明:风洞二维性较好,侧壁区域的压力情况能够反映核心流压力变化情况;抖振发生在实验马赫数Ma_exp = 0.88~0.89范围内;随着马赫数的增大,抖振频率有所增加。     

超临界机翼跨音速颤振风洞试验研究

某先进民用支线飞机采用超临界机翼设计,跨音速颤振特性是超临界机翼的重要关键技术之一。颤振模型风洞试验是民机研制阶段最有效的跨音速颤振特性适航验证试验。本文设计了某民机超临界机翼跨音速风洞颤振试验模型并进行了颤振风洞试验,根据试验结果并结合亚音速颤振分析和压缩性数值分析,得到了超临界机翼的跨音速颤振压缩性修正曲线。研究表明,超临界机翼跨音速颤振速度最大压缩性修正系数较小,风洞试验结果与理论分析吻合较好,试验结果可以用于飞机的适航取证。     

基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法及其试验验证

提出一种基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法,以片条内升力和力矩随攻角变化斜率为修正目标,采用多项式方程模拟片条力矩分布,使整个翼面的气动力大小和分布都与目标相符,进而使用修正后的气动力进行跨音速区的颤振分析.计算结果经跨音速颤振风洞试验验证,该方法对翼吊发动机构型的机翼颤振型、带操纵面的尾翼颤振型都有较高的计...     

基于非线性气动力的失速颤振计算与试验研究

飞行器大攻角飞行过程中的动态失速会导致结构自激扭转或俯仰运动,造成非线性失速颤振现象,直接影响飞行器飞行安全与结构安全。该文对标准Leishman-Beddoes (L-B)非线性非定常气动力模型进行马赫数修正,使其适用于低速不可压情形的动态失速气动力计算,然后基于二元翼段气动弹性模型,采用Newmark时域推进方法进行工程失速颤振计算。依据计算结果设计并完成了二元翼段失速颤振风洞试验。试验结果表明,多数试验状态,基于L-B模型的失速颤振计算结果与试验结果均吻合较好。结果验证了修正的L-B模型可以用来进行低速大展弦比平直翼段翼型的失速颤振工程分析与极限环振荡评估,同时,失速颤振速度与极限环幅值受初始攻角的影响很大。     

等离子抑制翼尖涡实验研究

该文对利用DBD等离子体注入能量抑制翼尖涡进行了风洞试验研究。通过采用PIV粒子成像测速技术测量了三种不同结构的等离子体激励器影响下的后掠翼下游的尾涡流场,并结合矩形机翼在等离子作用前后的气动力变化,来判断等离子体抑制翼尖涡的效果。试验结果表明:在机翼翼梢的上下表面处布置等离子体激励器,通过等离子体产生的定向诱导气流形成诱导涡对流场注入能量,可以有效地延缓翼梢上翼面流动分离,抑制翼尖涡,增加升力,提高升阻比。在翼尖处流动分离较小时,等离子体抑制翼尖涡强度的效果明显;在大攻角下仍具有一定的作用;其效果与等离子体发生器的结构有关。因此,通过优化等离子体激励器结构,选择合适的等离子体激励器在翼梢表面的安放位置,可以更好地提高抑制翼尖涡的效果。     

一种提高飞机着陆性能的新方法探索研究

提出了一种新型气动方法,主要原理是通过将机翼上表面的一部分翼面设计为活动翼面,当飞机进入降落阶段、迎角较大时,适当抬高该活动翼面,在该翼面抬起后,形成一个台阶,通过台阶中产生的稳定驻涡来控制机翼上表面的流动,与此同时,打开安装在机翼上的Gurney襟翼,从而达到同时提高机翼升力和失速迎角的目的,该方法比较适合提高小型飞机或无人机的着陆性能。通过将该方法在某小型飞机上运用,数值模拟的结果表明:机翼的最大允许使用升力系数提高了33%,最大的允许使用迎角提高了30%。为提高小型飞机的着落性能探索出一种具有发展潜力的方法。     

Power reduction and the radial limit of stall delay in revolving wings of different aspect ratio

Airplanes and helicopters use high aspect ratio wings to reduce the power required to fly, but must operate at low angle of attack to prevent flow separation and stall. Animals capable of slow sustained flight, such as hummingbirds, have low aspect ratio wings and flap their wings at high angle of attack without stalling. Instead, they generate an attached vortex along the leading edge of the wing that elevates lift. Previous studies have demonstrated that this vortex and high lift can be reproduced by revolving the animal wing at the same angle of attack. How do flapping and revolving animal wings delay stall and reduce power? It has been hypothesized that stall delay derives from having a short radial distance between the shoulder joint and wing tip, measured in chord lengths. This non-dimensional measure of wing length represents the relative magnitude of inertial forces versus rotational accelerations operating in the boundary layer of revolving and flapping wings. Here we show for a suite of aspect ratios, which represent both animal and aircraft wings, that the attachment of the leading edge vortex on a revolving wing is determined by wing aspect ratio, defined with respect to the centre of revolution. At high angle of attack, the vortex remains attached when the local radius is shorter than four chord lengths and separates outboard on higher aspect ratio wings. This radial stall limit explains why revolving high aspect ratio wings (of helicopters) require less power compared with low aspect ratio wings (of hummingbirds) at low angle of attack and vice versa at high angle of attack.     

气动扰流对飞机T型尾翼跨音速颤振影响的试验研究

跨音速颤振试验通常在稳定的理想流场中进行,不考虑实际非稳定流场的气动扰流对颤振特性的影响。在飞机T型尾翼跨音速颤振试验中,通过设置一种气动扰流装置对风洞流场实施干扰以研究气动扰流对飞机T型尾翼跨音速颤振特性的影响。试验结果表明,气动扰流可以将飞机T型尾翼的颤振耦合模态从平尾弯扭耦合型改变为垂尾弯扭耦合型;可显著降低飞机T型尾翼的颤振动压,翼面外气动扰流较翼面内气动扰流对飞机T尾颤振特性的影响作用大。其原因在于施加的气动扰流所诱导产生的跨音速激波作用在垂尾翼面上改变了垂尾的非定常气动力,引起气动刚度和气动阻尼发生改变,由于平尾的气动阻尼相对较大,可以预计,一旦气动扰流引起垂尾的气动阻尼迅速减小到其临界颤振阻尼,则会引起垂尾弯扭耦合颤振型先于平尾弯扭耦合颤振型发生,从而表现出T尾颤振动压的降低。在颤振模型风洞试验中,当风洞试验结果与期望不一致时,需要研究气动扰流的影响。