某轻型飞机机身外形气动优化研究

对某轻型飞机机身进行局部修形,并应用CFD软件进行仿真计算,对比分析两种外形的纵向气动特性,发现修形改善了机翼周围流场,降低了机身底部阻力,全机的纵向气动特性有小幅提高.     

结合定常CFD技术的当地流活塞理论

结合定常CFD技术和超音速非定常气动力工程计算方法——活塞理论，发展了一种基于超音速、高超音速定常流场求解非定常气动力的当地流活塞理论。适用于超音速、高超音速飞机颤振中的小振幅非定常气动力计算。通过与非定常Euler方程求解结果的比较，发现在马赫数不太高或大迎角的超音速流动中，其精度比原始活塞理论高得多，也能够计算超音速、高超音速下大钝头和考虑机身干扰的复杂外形非定常气动力，扩大了活塞理论的应用范围。与非定常Euler方程或N-S方程的数值求解相比，计算效率很高。     

通用飞机翼身整流罩优化设计

在飞机飞行的流场中,飞机的各部件存在着相互干扰。机翼、机身交接处的干扰,造成相应的阻力增加,为减少阻力,对原始模型及机翼上移后用CATIA进行整流、修型优化设计后的模型气动特性进行了对比。随着CFD技术的日益成熟,飞机气动外形设计更趋于精细化,对翼身整流罩而言,其外形的设计对飞机气动特性影响很大,因此对翼根整流罩进行具体的分析研究很有现实意义。     

输气管道肋条减阻数值模拟

湍流阻力是长距离输气管道中能量损失的主要因素。为了研究V型肋条在输气管道中对阻力的影响,在雷诺数为74 880的条件下,采用CFD软件对光滑管道和内壁铺有尺寸不同的两种肋条的管道进行了数值模拟,并通过分析管道中的流场、涡量和壁面切应力的分布规律,找出两种尺寸肋条增阻和减阻的原因,得出肋条减阻的机理。结果表明,与光滑圆管相比,管道中的肋条尺寸s+=22时,近壁区流体流速小,涡量小,壁面切应力增阻区面积小,切应力小,具有减阻效果;当管道中的肋条尺寸s+=44时,近壁区流体流速大,肋顶处涡量较大,壁面切应力增阻区面积大,切应力大,肋条具有增阻效果。     

输气管道肋条减阻数值模拟

湍流阻力是长距离输气管道中能量损失的主要因素。为了研究V型肋条在输气管道中对阻力的影响,在雷诺数为74 880的条件下,采用CFD软件对光滑管道和内壁铺有尺寸不同的两种肋条的管道进行了数值模拟,并通过分析管道中的流场,涡量和壁面切应力的分布规律,找出两种尺寸肋条增阻和减阻的原因,得出肋条减阻的机理。结果表明,与光滑圆管相比,管道中的肋条尺寸s+=22(无量纲尺寸)时近壁区流体流速小,涡量小,壁面切应力增阻区面积小,切应力小,具有减阻效果;当管道中的肋条尺寸s+=44时,近壁区流体流速大,肋顶处涡量较大,壁面切应力增阻区面积大,切应力大,肋条具有增阻效果。     

输气管道肋条减阻数值模拟

湍流阻力是长距离输气管道中能量损失的主要因素。为了研究V型肋条在输气管道中对阻力的影响,在雷诺数为74 880的条件下,采用CFD软件对光滑管道和内壁铺有尺寸不同的两种肋条的管道进行了数值模拟,并通过分析管道中的流场,涡量和壁面切应力的分布规律,找出两种尺寸肋条增阻和减阻的原因,得出肋条减阻的机理。结果表明,与光滑圆管相比,管道中的肋条尺寸s+=22(无量纲尺寸)时近壁区流体流速小,涡量小,壁面切应力增阻区面积小,切应力小,具有减阻效果;当管道中的肋条尺寸s+=44时,近壁区流体流速大,肋顶处涡量较大,壁面切应力增阻区面积大,切应力大,肋条具有增阻效果。     

两种典型肋条形状大涡模拟

在长距离输气管道中最主要的能量损失形式是湍流阻力。为了研究肋条形状对湍流情况下流过肋条的流体介质的影响规律,采用CFD软件,在雷诺数为5 300的条件下,对间隔三角形肋条和刀刃形肋条两种典型肋条进行大涡模拟,通过分析壁面阻力和流场,得出减阻效果更好的肋条形状,并找出不同形状肋条影响流场的原因。结果表明,与间隔三角形肋条相比,刀刃形肋条受到的壁面阻力更小,近壁区速度梯度更小,产生的二次涡使流场更加稳定,具有更好的减阻效果。     

某支线飞机超临界机翼设计研究

文章在翼身组合体构形下,采用面向机翼的精细修形设计方法针对某支线飞机进行了超临界机翼设计.由于支线飞机机翼面积较小,在满足气动性能的前提下,能否满足结构设计的要求就成为本次修形设计所考虑的主要因素.设计实践表明,在合理的设计思想指导下,当初始外形与设计目标相差较大时,采用渐近修形设计技术仍然可以得到比较满意的结果.     

基于CFD无网格算法的飞行器电磁隐身特性模拟

为研究飞行器的电磁隐身特性,提出基于计算流体力学(CFD)的时域无网格算法。基于无网格点云结构,由展开的泰勒级数结合最小二乘技术逼近该算法涉及的空间导数;借鉴CFD的无网格方法,采用Steger-Warming通量分裂处理空间离散涉及的通量运算,采用四步Runge-Kutta格式推进求解时间离散,并运用该算法对电磁波从不同方向照射平板飞机模型的电磁散射场和双站雷达散射截面进行分析。结果表明:采用本文算法计算得到的二维圆柱双站雷达散射截面能与级数解吻合;该飞机模型的隐身特性与散射场的叠加作用及飞机外形等因素有关;本文算例在一定程度上验证了本文算法具有处理多体及多部件干扰等复杂情形的能力。     

条纹薄膜减阻特性的数值分析

采用ＢａｌｄｗｉｎＬｏｍａｘ两层湍流模型，用有限差分法对Ｖ型条纹薄膜的流场进行了计算；分析了条纹薄膜的减阻特性，提出了具有最佳减阻效果的Ｖ型条纹薄膜设计准则。结果表明：当小筋倾角θ约等于６０°时，条纹薄膜减阻效果最好，减阻量可达１１％，而且减阻范围宽，ｈ＋值在５～１０之间。     

基于FCE方法的超声速机翼厚度分布优化

远场组元(Far-field Composite Element,FCE)激波阻力优化方法是基于类别形状函数变换(Class Shape Transformation,CST)参数化方法发展出的一种超声速飞行器气动外形优化方法。文章使用CST参数化方法对超声速客机的大后掠机翼进行外形参数化,并以机翼容积和局部相对厚度为约束条件,使用FCE方法对其厚度分布进行以激波阻力最小为设计目标的快速优化。与原机翼相比,FCE优化方法使机翼激波阻力系数降低达61%,是超声速飞行器概念设计阶段降低激波阻力十分有用的优化方法。     

超音速、高超音速机翼的气动弹性计算方法

针对超音速和高超音速流动的特点，分析并检验了各种气动力工程算法(牛顿法，切楔／切锥法，活塞理论，激波膨胀波法等)，并将其推广运用于超音速和高超音速机翼的非定常气动力的计算中。通过与机翼结构运动方程的联立求解，在时间域内实现了超音速和高超音速机翼颤振的数值模拟。通过与实验结果的比较，证明该方法具有较高精度，误差能控制在10％左右。     

阻力方向舵在飞翼式高空长航时无人机中的应用

根据飞翼式高空长航时无人机的风洞实验结果,分析了全机尤其是阻力方向舵的气动和操稳特性,据此采用经典方法设计了阻力方向舵的控制律,提出用阻力方向舵进行航向控制和速度控制的方案,并指出由于存在操纵耦合,有必要进行阻力方向舵和升降舵交联控制。非线性飞行仿真结果表明,阻力方向舵具有满意的航向和速度操纵能力,采用交联控制后速度响应更平稳,并可减小33的高度偏差和56的俯仰角偏差。     

喷管超音速分离技术在天然气脱水中的应用研究

喷管超音速旋流分离技术是天然气处理工艺技术的一大创新技术,是一种集气体动力学、热力学和流体力学理论为一体的新型气体干燥处理技术,是超音速冷凝与离心分离技术的有机结合。喷管超音速分离器由喷管、超音速翼段、分离段和扩压段四部分组成,它依靠喷管膨胀形成低温、低压超音速流动,并通过超音速翼形成旋流,从而实现冷凝水及重烃的分离。现有研究表明,喷管超音速分离器具有分离效率高,体积小,可实现无人操作,并且不需要使用任何化学药剂等优点,因此该项技术在天然气净化脱水领域具有广阔的应用前景。     

汽车CFD流场仿真集成高效优化技术研究

为了在汽车造型结构设计中获得理想的气动性能,必须经过参数化几何建模与修改、网格划分、CFD流场计算、采样和优化设计等过程,其过程费时费力。对此,提出在参数化几何建模的基础上,基于UG二次开发实现几何模型数据交换,以脚本文件对ICEM建立自动网格划分命令,建立的操作日志文件可实现CFD边界条件、控制方程和参数调用等功能。然后,在Isight软件中,采用批处理文件实现几何模型修改、网格划分、流体分析计算3个环节的数据调用、启动、关闭和执行其他相关操作,从而建立高效的集成优化技术。最后,以国际标模附加装置气动减阻为例进行了技术实例验证。研究结果表明:以Isight为集成优化驱动平台,高度集成UG、ICEM、FLUENT,可实现自动三维模型修改、网格划分、流场计算,减少人工操作与错误,节省大量设计时间和计算资源,极大地提高了优化工作效率。     

超燃冲压发动机前体/进气道和隔离段气动设计

采用等激波角设计方法并考虑温度、激波与附面层干扰等的影响，对超音速燃烧冲压发动机的二维混压式高超音速前体／进气道和隔离段的设计进行了探索，给出了前体／进气道和隔离段的几何结构和尺寸。运用二维CFD数值计算手段，对所设计进气道结构进行了修正，并计算了设计状态和非设计状态性能和流场。研究表明，文中所设计的进气道结构简单、附加阻力较小、总压恢复系数较高，所给出的设计方法对于前体／进气道和隔离段的初步设计具有较好的适用性。     

皮卡车外流场的数值模拟

采用CFD进行皮卡车的外流场模拟,得到了车身表面压力分布、尾流典型剖面流速值和尾流流场结构,数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好。模拟结果表明,皮卡车尾涡存在于货箱上方和尾挡板后方两个区域。进行了皮卡车几种几何改型的CFD模拟,所得阻力系数变化与实车试验结果有相同的变化趋势,证实了尾挡板的减阻作用。由此得出CFD用于皮卡车外流场模拟,可获得较高的模拟精度。     

Aerodynamic drag reduction of heavy vehicles using append devices by CFD analysis

Improving vehicle fuel consumption,performance and aerodynamic efficiency by drag reduction especially in heavy vehicles is one of the indispensable issues of automotive industry.In this work,the effects of adding append devices like deflector and cab vane corner on heavy commercial vehicle drag reduction were investigated.For this purpose,the vehicle body structure was modeled with various supplementary parts at the first stage.Then,computational fluid dynamic(CFD) analysis was utilized for each case to enhance the optimal aerodynamic structure at different longitudinal speeds for heavy commercial vehicles.The results show that the most effective supplementary part is deflector,and by adding this part,the drag coefficient is decreased considerably at an optimum angle.By adding two cab vane corners at both frontal edges of cab,a significant drag reduction is noticed.Back vanes and base flaps are simple plates which can be added at the top and side end of container and at the bottom with specific angle respectively to direct the flow and prevent the turbulence.Through the analysis of airflow and pressure distribution,the results reveal that the cab vane reduces fuel consumption and drag coefficient by up to 20 % receptively using proper deflector angle.Finally,by adding all supplementary parts at their optimized positions,41% drag reduction is obtained compared to the simple model.     

汽车风洞试验段尺寸参数对试验的影响

基于计算流体力学(CFD)的数值模拟,研究了开式汽车风洞试验段尺寸参数对风洞试验的影响。探讨了开式汽车风洞试验的影响因素,进行了不同汽车风洞喷口大小、集气口大小、试验段长度对气动阻力测量试验影响的数值模拟研究,得出了气动阻力系数随风洞尺寸参数的变化趋势。研究表明,风洞喷口尺寸大小对试验影响较大,风洞集气口尺寸和试验段长度对试验有影响,但相对喷口尺寸影响比较小。对开式风洞气室的影响也进行了初步探讨,研究表明,气室的存在对气动阻力系数的影响不大。     

某轿车气动特性的CFD分析及优化

以一轿车模型为研究对象,采用CFD仿真的方法,对其车身表面压力分布和车身周围气流状况进行了深入地分析和研究,阐明了轿车气动阻力产生的原因.为了实现对气动阻力的优化,结合全局优化方法和局部优化方法的优点,将迭代的思想引入局部优化方法中,通过迭代式的局部改型,保证了优化过程中气动阻力是一直降低的.结果表明,气动阻力系数由0.338降至0.317,降幅6.21%,取得了很好的效果.