叶片表面粗糙条件下钝尾缘翼型优化设计

利用粒子群算法结合XFOIL软件,进行了钝尾缘翼型型线优化设计。平移优化后,在翼型吸力面距前缘0.1c(c为弦长)处添加一高0.015c、宽0.04c的凸台,得到表面粗糙钝尾缘改型,并数值研究其升阻力系数、升阻比、压力系数和流场特性。结果表明：粗糙S812翼型钝尾缘优化后,尾缘厚度为0.039 8c,尾缘厚度在上下翼面的分配比为1∶13.16;升力系数在计算攻角范围内显著增大,升阻比在17.2°攻角之前显著增大,最大升阻比增大明显;钝尾缘处的漩涡对吸力面的气流造成下洗作用。     

典型风力机翼型的增升技术研究

风力机叶片吸力面出现流体分离现象会导致风力机功率输出减小。为提高风力机效率,研究翼型在六种不同缝宽、五种攻角、2°射流角条件下的气体流场。获取叶片开缝前后叶片流场、压强系数曲线并对其进行分析。结果表明:开缝后附面层发展得到控制和延缓,流场稳定性提高;在缝宽为0.01倍弦长时,其升力系数最高可达1.4127,相比原型叶片提高14.83%;缝宽在0.01~0.03倍弦长之间,增升效果最优。射流技术应用于风力机翼型,有利于改善叶片流场状况,起到增升作用。     

Gurney襟翼对风力机专用翼型气动性能的影响

为了研究Gurney襟翼对风力机专用翼型的增升效果,采用数值求解N-S方程的方法,对装有Gurney襟翼的DU95-W-180翼型进行了数值计算,在翼型尾缘压力面添加高度为弦长的1%、2%、3%、4%的Gurney襟翼,攻角范围为-8°~18°,计算各种工况下的翼型气动性能并与原翼型气动性能相比较。结果表明:Gurney襟翼对风力机专用翼型有很好的增升效果,而且增升效果与高度密切相关,襟翼高度越大,升力系数越大,相应的阻力系数也会增大。Gurney襟翼的最佳应用场合为中高升力系数情况,在中小升力系数情况下不宜使用。     

合成射流控制参数对大攻角下翼型气动性能的影响

通过数值模拟的方法,对合成射流控制NACA 0012大攻角下翼型流动分离的参数进行了研究.结果表明:对于射流出口宽度为翼型弦长的0.5％,翼型在18°～24°攻角下的流场,当合成射流作用在翼型头部1％弦长位置,吹气速度比为1,无量纲激励频率在1 附近时,可以达到较好的改善翼型整体气动性能的效果.通过对翼型表面压强系数分...     

风力机翼型多目标优化及尾缘加厚研究

采用多目标遗传算法与类别形状函数变换（CST）方法相耦合的方法对翼型外形进行多目标优化设计,在攻角工作范围内,以实现高升阻比、低阻力为目标,最终得到一系列Pareto最优解集。采用指数混合函数法对优化后得到的翼型在尾缘处进行非对称加厚。通过求解二维雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）获得翼型的气动参数,结果显示：优化后的翼型与原始翼型相比具有更优的压力分布,有效提高了升力系数,减小了阻力系数。优化翼型尾缘经过加厚处理后,所有攻角下的升力系数以及升阻比系数都得到了提高,流动情况进一步改善,涡心与失速点均有一定程度的后移,表明钝尾缘翼型具有比原始翼型和优化翼型更好的升阻力特性。     

基于FLUENT的仿蝴蝶翼型二维流场分析

利用三维测量工具测得凤蝶外形轮廓的尺寸参数,通过高频摄像机拍摄凤蝶在自由飞行时双翅和腹部的运动,并获得双翅的拍动频率、拍动角及腹部的攻角。利用流体力学FLUENT软件对翼型在不同攻角下的流场进行模拟分析,并得到其升、阻力系数以及翼型周围流场随攻角变化的特征。最后运用动网格技术对作正弦运动上下拍动的翅翼进行数值模拟,得出升力系数随时间的变化及其周围的流场和升力产生的原因。验证了仿蝴蝶翼型的可行性,并证明了FLUENT软件对于运动物体周围流场的数值模拟和流场分析是一种比较可靠的实验方法。     

风力机叶片气动特性数值模拟

在保证定雷诺数和定风速的情况下,通过FLUENT软件分别模拟了不同攻角下二维翼型NACA4412的绕流流场,得到了翼型的表面压力分布、速度分布以及升、阻力系数,从而确定了最佳攻角。     

雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响

为了研究雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响,以NACA4418翼型为研究对象,通过风洞测压试验的方法,研究了安装涡流发生器翼型在从低到高不同雷诺数下气动性能变化规律和翼型表面绕流场特性,对比分析了涡流发生器参数对翼型气动性能的影响.结果表明:随着雷诺数的增大,涡流发生器增升减阻作用逐渐增强,抑制边界层分离的攻角范...     

钝尾缘叶片三维建模方法的研究

钝尾缘风力机翼型目前被多数用于大型风力机叶片叶根与最大弦长处,这是因为气动上,钝尾缘翼型能够提高升力系数斜率、降低翼型不敏感性;而结构上,钝尾缘翼型与相同厚度翼型相比增加了截面面积和转动惯量[1],论文依据钝尾缘特点,提出设计钝尾缘翼型方案,并以58米长度叶片为例,设计钝尾缘翼型形状,以及此区域主模型的分模方式,完成三维模型建立,为后续有限元建模及模具加工制造提供基础。     

高空低雷诺数压气机叶栅气动性能数值研究

本文采用数值仿真方法研究了亚声速叶栅损失特性和流场结构在高空低雷诺数条件下的流动特点,获得了叶型损失系数和流场结构在不同雷诺数情况下的变化规律。结果表明:随着雷诺数降低,平面叶栅总压恢复系数分布以及叶栅尾迹区流动均发生剧烈的变化;随着雷诺数降低,零攻角与负攻角的吸力面尾缘分离区增大,且在20km时吸力面出现明显的分离涡;随着雷诺数的降低,分离涡逐渐后移。     

Effect of the Gurney flap on a NACA 23012 airfoil

A numerical investigation was performed to determine the effect of the Gurney flap on a NACA 23012 airfoil. A Navier-Stokes code, RAMPANT, was used to calculate the flow field about the airfoil. Fully-turbulent results were obtained using the standardk-ε two-equation turbulence model. The numerical solutions showed that the Gurney flap increased both lift and drag. These results suggested that the Gurney flap served to increase the effective camber of the airfoil. The Gurney flap provided a significant increase in the lift-to-drag ratio relatively at low angle of attack and for high lift coefficient. It turned out that 0.6% chord size of flap was the best. The numerical results exhibited detailed flow structures at the trailing edge and provided a possible explanation for the increased aerodynamic performance.     

翼型厚度对风力机叶片翼型气动特性的影响

建立了预测翼型气动特性的理论模型并进行了数值计算,研究了翼型厚度对风力机叶片翼型的气动特性影响,给出了翼型厚度对翼型的升力系数、阻力系数、升阻比和流场、压力系数的影响。研究结果表明,对于同一弯度不同厚度的NACA系列翼型,在较小攻角时,较小厚度翼型可获得较大的升阻比,在大攻角时,增加厚度翼型可以提高翼型的升阻比,扩宽大升阻比范围,而且较大厚度翼型的分离点前移速度较缓慢,涡分布范围较小。     

襟翼相对长度对翼型流场结构影响

以NACA0018为基准翼型,采用Fluent数值模拟的方法,对比研究了襟翼相对长度和翼缝相对宽度对翼型流场结构及升、阻力特性的影响;文章分别选取了襟翼相对长度分别为0.2、0.3和0.4和翼缝相对为1.0%,分析襟翼相对长度对翼型气动性能的影响。数值结果表明:由于襟翼对翼型周围主涡发展和变化的影响,不仅改善了翼型的失速特性,同时也提高了翼型的气动性能。襟翼翼型的失速攻角在此次研究范围内均大于基准翼型,在攻角小于失速攻角时,襟翼翼型的升力系数均小于基准翼型,阻力系数均高于基准翼型,但升力系数的最大值均高于基准翼型;随着襟翼相对长度增大,翼型临界攻角逐渐减小;在攻角接近翼型失速攻角时,升力系数先增大后减小;襟翼长度相同时,随着翼缝相对宽度的增大,升力系数逐渐减小。     

Separation control mechanism of airfoil using synthetic jet

Numerical simulation of separation control using a synthetic jet was performed on NACA23012 airfoil. The computed results showed that stall characteristics and control surface performance could be improved substantially by resizing the separation vortices. It was observed that actual flow control mechanism was fundamentally different depending on the range of synthetic jet frequency. For low frequency range, small vortices due to synthetic jet penetrated to the large leading edge separation vortex flow, and as a result, the size of the leading edge separation vortex remarkably decreased. For high frequency range, however, the small vortex did not grow enough to penetrate into the large separation vortex, but the synthetic jet changed airfoil circulation directly. The synthetic jet conditions for effective lift increase are as follows: the non-dimensional frequency of the synthetic jet is 1; the location of the synthetic jet slot is the same as the separation point; and the jet velocity is large enough to perturb the separated flow. By exploiting these conditions, it was observed that the combination of the synthetic jet with a simple high lift device could be as good as a conventional fowler flap system.     

气动弹片对翼型气动及噪声特性的影响

在NACA0018翼型吸力面布置固定气动弹片后,比较了原始翼型和弹片翼型的气动性能及噪声特性。采用数值模拟方法,在6°～24°范围内计算攻角气动弹片对翼型气动性能及噪声特性的影响,并分析了其流动控制机理。结果表明：气动弹片在大攻角下的效果较好,升力系数可提高37.11%,且可减缓流动分离向前缘发展,提高气流下洗能力;攻角较大时,气动弹片可以减小翼型在接收点处的噪声总声压级的4.23%,且翼型噪声总声压级在指向性分布上呈现偶极子特性。     

Aerodynamic performance improvement by divergent trailing edge modification to a supercritical airfoil

A computational study has been performed to determine the effects of divergent trailing edge (DTE) modification to a supercritical airfoil in transonic flow field. For this, the computational result with the original DLBA 186 supercritical airfoil was compared to that of the modified DLBA 283. A Navier-Stokes code, Fluent 5. 1, was used with Spalart-Allmaras’s one-equation turbulence model. Results in this study showed that the reduction in drag due to the DTE modification is associated with weakened shock and delayed shock appearance. The decrease in drag due to the DTE modification is greater than the increase in base drag. The effect of the recirculating flow region on lift increase was also observed. An airfoil with DTE modification achieved the same lift coefficient at a lower angle of attack while giving a lower drag coefficient. Thus, the lift-to-drag ratio increases in transonic flow conditions compared to the original airfoil. The lift coefficient increases considerably whereas the lift slope increases just a little due to DTE modification.     

翼身连接处几何参数优化匹配的流动机理仿真

飞机由各个部件组装成为一个整体,在各个连接部位彼此气流互相干扰,会导致干扰阻力增加,严重影响飞机大迎角下的气动性能,因此,优化连接部位几何参数匹配对减小干扰阻力及改善飞机大迎角流动具有重要的工程应用价值。以某一特定飞机的机翼-机身的连接部位着陆构型为研究对象,采用数值模拟的方法,从连接部位的前缘、展向中段及后段3个方面开展几何参数优化匹配。结果表明:合适的前缘相对厚度、前缘后掠角和前缘整流长度、展向中段整流长度及后段翼根型面曲率能够有效地改善连接部位的气流分离,减小了干扰阻力,改善了升力特性和升阻力特性。     

波浪结构对圆柱-翼型湍流干涉噪声的影响研究

为探究波浪翼型的降噪效果,采用大涡模拟（LES）和边界元法（BEM）相结合的混合方法对3种不同波浪翼型进行模拟,并通过试验验证了仿真模型的可行性,进一步分析了3种不同波浪翼型（表面波浪Wavy airfoil-A、前缘波浪Wavy airfoil-B和前缘+表面波浪Wavy airfoil-C）对圆柱-翼型湍流干涉噪声的影响。研究结果表明：3种模型都能在一定程度上降低翼型湍流干涉噪声,其中Wavy airfoil-C模型降噪效果最好,降噪频率范围最广,其垂直流向方向总声压级降噪量可达6.7 dB;Wavy airfoil-C模型不仅能有效地降低翼型表面压力脉动、各截面上的湍流强度、升阻力系数波动、功率谱密度,还能利用其前缘波浪结构有效地减少前缘主声源区域的面积,且能利用其表面波浪结构的导流作用降低翼型后缘的声源振动幅值。     

基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。