耦合运动的襟翼-翼型气动特性数值仿真

为了研究采用主动后缘襟翼的智能旋翼在高速前飞状态下,耦合运动对襟翼-翼型的气动特性和动态失速特性的影响,通过数值求解Navier-Stokes方程来模拟作挥舞-变距耦合运动的襟翼-翼型的气动特性.湍流模型为雷诺平均的Spalart-Allmaras模型.结果显示,与单纯变距运动相比,当与变距运动同频、同相的挥舞运动耦合后,耦合运动会引起更大的气动系数超调和滞回环;耦合运动会增大黏性干扰区域尺度,使襟翼-翼型失速类型由动态轻失速变为动态深失速;耦合运动会增大力矩系数对流场变化的敏感度.     

基于复合形方法的翼型优化设计研究

将流场分析程序和复合形优化方法耦合起来，发展了一种工程实用的翼型优化设计方法，用以提高翼型在多个设计点、在多种约束条件下的气动性能。通过求解N-S方程得到升力、阻力、力矩系数等气动参数，并以这些参数的适当组合构成目标函数，利用复合形优化方法对形成的目标函数进行最优化。算例表明，文中给出的翼型优化设计方法设计质量高，计算结果稳定，在工程上有较大的应用价值。     

通用风力机翼型气动特性数值模拟

针对某翼型扰流流动,建立了二维可压缩湍流模型,利用商业软件FLUENT对翼型不同来流攻角下的气动特性进行了相应的数值模拟计算.湍流黏度采用基于RANS的Spalart-A llm aras湍流模型处理,得出了雷诺数在3.2×106时,某翼型的升力系数、阻力系数和压力分布随来流攻角的变化关系,并与同类翼型实验数据进行对比.结果显示:该翼型与修型前的翼型相比,具有较高的升力系数和升阻比,失速性能更好.     

基于长耳鸮翼前缘的仿生耦合翼型气动性能

基于对流体介质中典型动物长耳鸮减阻降噪耦合功能的研究,揭示了其快速无声捕食主要取决于其高升力翼羽独有的序贯排列方式;应用逆向重构技术,量化了长耳鸮翅膀翼羽前缘形态特征几何信息,并建立仿生耦合模型,其展向前缘形态可以用波长与振幅(波峰、波谷)来限定。应用基于有限体积法和压力修正的SIMPLEC算法,对仿生耦合翼型模型的气动特性进行了数值模拟。结果表明,在深度失速条件下,仿生耦合翼型结构在一定的波长和振幅范围内能够显著改善翼型的气动性能,升力增幅高达19.8%。失速攻角延迟30.3%。与波长相比,调节振幅能更好改善翼型深度失速条件下的气动性能。     

基于CFD收敛提前终止和变复杂度模型的两级气动优化方法

高效的气动优化设计方法对于提升小型无人飞行器翼型的气动性能具有重要的价值.针对CFD分析成本较大的问题,提出了基于CFD收敛提前终止和变复杂度模型的两级气动优化方法.在第一级优化中,分别将CFD收敛提前终止和CFD完全收敛的数据作为低、高精度样本建立变复杂度模型.采用多岛遗传算法基于变复杂度模型进行全局优化.第二级优化...     

基于遗传算法的微型飞行器翼型优化设计

采用遗传算法对微型飞行器翼型进行优化设计,在优化过程中翼型由解析函数线性叠加法表示,通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件Fluent对设计的翼型进行了升力系数和阻力系数的气动计算,然后应用遗传算法,以最大升阻比为目标,得到了一组优化的翼型外形参数,并用Isight软件集成实现了计算过程的自动化.     

基于仿鸽子翼型的风力机叶片结构气动性能分析

对风力机轻风启动,有效利用风能进行研究。利用仿生耦合技术通过对鸽子翼型数据提取,建立仿生模型。基于NACA0015翼型及鸽子数据特征,将优缘凸起、后缘凸起及前后缘凸起三类翼型与NACA0015翼型进行对比,分析得到翼型上下表面压力分布、表面流场变化、剪切应力分布及增升减阻各气动系数,当失速攻角为16°、马赫数为0.073条件下,仿生翼型在提高升力方面比NACA0015提高了31.98%、降低阻力达到了10.62%,仿生翼型对表面流体起到了有效改善,改变结构的翼型对提高升力,降低阻力有了很大的提高。     

基于遗传算法和分布式计算的翼型优化设计研究

将优化方法中的遗传算法与高精度的CFD分析方法相结合，并将其引入到气动优化设计中。为了提高采用遗传算法的气动优化设计的效率，探讨了将分布式计算与遗传算法相结合，形成了基于遗传算法和分布式计算的气动优化设计方法，并应用该方法进行了翼型的气动优化设计。设计实践表明，该方法是可行的，且由于采用了混合遗传算法和分布式计算而提高了优化的质量和效率。风洞试验的结果也验证了CFD计算与优化设计方法的可靠性。     

极端运行阵风下后掠型风力机叶片的气动特性研究

基于多体系统动力学和升力线气动模型,考虑柔性后掠叶片动态失速和气动弹性耦合问题,建立了风力机气弹耦合模型,研究极端运行阵风及阵风作用时间对某5 MW后掠风力机叶片气动性能的影响。结果表明：极端运行阵风对叶根挥舞力矩、功率、攻角、升力系数和轴向推力等气动特性具有较大影响。研究工作对风力机的结构优化设计和疲劳寿命设计具有重要作用。     

低马赫数通用飞机翼型压力分布设计特点研究

对低马赫数通用飞机气动设计中可能存在的问题进行了研究和总结，讨论分析了部分相关翼型的压力分布形态的设计特点，并通过多工况层流翼型设计实例验证了部分翼型设计理念。对低马赫数通用飞机气动设计存在零升阻力较大、失速性能要求较高、雷诺数变化范围较大等问题进行了讨论分析。为了解决这些问题，对若干低马赫数通用飞机的湍流翼型和层流翼型的压力分布形态进行了研究，提取部分对翼型气动性能有利的设计特点。以GAW-1翼型为基准，提取某型单发涡桨式轻型多用途通用飞机的典型设计工况，进行了考虑巡航、爬升和失速的多工况层流翼型优化设计。设计结果巡航升阻比提升了9.6,爬升升阻比提升了16.3,但失速最大升力系数减小了0.115。研究结果表明：考虑巡航、爬升和失速的多工况层流翼型设计需求较为矛盾，设计人员应基于低马赫数通用飞机构型特点仔细权衡和取舍。     

一种联翼式水下滑翔机外形优化设计方法

为增大传统水下滑翔机的升阻比,提高水下滑翔机的运动性能,将航空领域先进的联翼布局与传统水下滑翔机相结合,提出了一种新型的联翼式水下滑翔机,并通过外形优化设计使得联翼式水下滑翔机具有更优的升阻特性.首先,对水下滑翔机主体进行数值仿真模拟,将得到的结果与试验数据进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.其次,运用CFD仿真软件比较分析了正交错、负交错和联尾翼3种联翼布局外形的升阻特性,选择升阻比最大的正交错布局作为水下滑翔机的初始外形.然后采用描形参数化方法,建立了联翼式水下滑翔机外形的参数化模型.最后,以最大化升阻比为优化目标,构建Kriging代理模型并采用EGO算法对联翼式水下滑翔机外形进行了优化设计.研究结果表明:优化后的联翼式水下滑翔机外形相比于初始外形,升阻比提高了18.42%;相较于传统水下滑翔机,升阻比提高了23.45%,从而验证了联翼式水下滑翔机具有更优异的升阻特性.本文的研究成果为提高水下滑翔机的滑翔性能提供了一种新思路和途径.     

Analogy Theory and Application of Pressure Difference of Wind Turbine Blade Profile

风力发电叶片翼型型线理论及应用

张照煌,Aqeel Muhammad,张峻,刘青,李魏魏,宋玉旺

（华北电力大学 能源动力与机械工程学院 ,北京 102206）

中文说明：

经研究发现,在流动空气与风电叶片相互作用规律的过程中,真空中自由下落的空气团的形态与前后压差作用下流动的空气（风）非常相似;因此,本文提出以重量比拟压差设计风电叶片翼型型线的理论,即：空气团流过风电叶片翼型线的时间最短及应有尽可能多的空气团作用于该翼型线;以此为基础,本文推导出风电叶片翼型型线方程并进行了应用研究;通过从现有翼型库中选取三种相似翼型进行模拟对比,结果表明用本文建立的风电叶片翼型线方程设计的翼型线翼型(“SJX翼型”)在攻角变化时的升力及升力系数较所选取的三种翼型有较大的提升,翼型生阻比亦有小幅提升,且流动空气作用在气动中心的力矩均较大,验证了论文建立的风电叶片翼型线方程设计翼型型线的可行性和有效性,从而为风电叶片翼型型线设计理论的发展提供了新尝试和有益借鉴。

关键词：风力发电叶片;重量比拟压差;翼型型线;生阻比;翼型设计

     

采用粒子群算法的水平轴潮流能水轮机翼型多目标优化

为了提高水平轴潮流能水轮机叶片翼型空化性能,提出一种基于粒子群算法（PSO）的翼型性能多目标优化方法,主要针对较大攻角下翼型表面压力系数最小值;同时为保证翼型水动力性能,以翼型压力系数最小值及升力系数等建立多目标优化函数.通过程序调用XFoil对优化翼型水动力性能进行过程分析,替代计算流体动力学（CFD）分析,节省优化时间.采用此方法对NACA63-815翼型进行优化并采用CFD方法重点研究2个攻角工况下优化翼型与原翼型在3个空化数（1.0、1.5和2.0）下的空泡分布对比.结果表明,优化翼型在6.8°和10.8°攻角下压力系数最小值分别提升了17.0%和45.8%,最大升阻比提高了6.0%和61.1%.翼型的空化初生及全空化性能均得到明显提升,水动力性能也得到了提升,验证了此优化方法的可行性.     

双水翼耦合振荡捕获潮流能系统2维数值模拟

提出了一种双水翼耦合振荡捕获潮流能的系统,该系统在河床及浅海具有良好的适应性。建立了相应系统的数学模型及网格模型,将域动网格策略用在滑移交界面内部流体域,利用Fluent求解绕2维双振荡翼流动的数值模型。研究了折算频率、俯仰振幅及雷诺数对NACA0015型双水翼水动力特性及捕获潮流能性能的影响,以及在不同运动参数下水翼的升阻力、俯仰力矩、功率系数的变化规律。结果表明,振荡水翼的折算频率、俯仰振幅和雷诺数会影响水翼边界层的分离及周围漩涡的产生和脱落,继而影响振荡翼的升阻力特性和俯仰力矩特性。折算频率与俯仰振幅对振荡水翼系统的捕能效果有较大影响。当水翼的振荡频率为0.28、俯仰振幅为75°、雷诺数为5×10⁵时双水翼耦合振荡捕获潮流能系统的水动力和捕能性能较好,捕能效率可达40%。     

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.     

EGO算法的翼型气动外形优化设计

针对随机优化算法计算量大和最优响应面法容易陷入局部最优的缺点,采用EI最优策略综合平衡响应预测值及预测精度,建立了高效的优化系统.使用该方法进行了翼型气动外形优化设计,结果表明该方法将翼型阻力系数降低22%,具有良好的优化精度,而总计算耗时与粒子群算法相比约降低68%,说明了该方法的可行性和有效性.     

基于试验设计的轿车尾翼空气动力学优化

传统优化方法凭借对轿车外流场的分析经验来控制尾翼优化变量并等间隔枚举,通过比较得出最优方案,工作量大且可能遗漏关键样本点.本文以尾翼的翼型及相对车身的位置参数（尾翼攻角、垂向位置和纵向位置）为设计变量,基于DOE试验设计方法确定样本设计变量组合,利用数值模拟方法计算出所确定样本点轿车的气动升力和阻力.通过方差分析以及响应曲面法以使轿车获得最大下压力与阻力比值为优化目标,得到各设计变量的影响因数和最优水平.结果表明：基于试验设计的优化过程更加高效地优化了轿车尾翼的空气动力学性能,具有实际工程应用价值.     

风力机翼型转捩与失速特性的数值计算

针对三种NREL S系列风力机专用翼型,分别采用Xfoil和Fluent软件对流动转捩和失速特性进行了数值研究,得到了翼型升力系数与阻力系数随攻角变化关系,并将其与实验数据进行了比较。结果表明:数值计算结果与风洞实验数据吻合很好,表明数值计算在翼型二维气动性能计算方面有较高可信度。对于相对厚度大于0.15的翼型,在中低雷诺数下,通常会发生后缘分离,达到失速角时,升力系数缓慢减小。