发动机位置对大型运输机动力增升效能的影响研究

参照C-17运输机,建立了外吹式襟翼动力增升全机几何分析模型。采用多块结构化网格技术,基于RANS方法,分别对高升力构型和轴对称发动机动力喷流进行了数值模拟验证,在此基础上开展了发动机短舱位置和喷流方位对动力增升效能的影响研究并总结其设计原则。计算结果表明,短舱垂直位置对动力增升效能影响最为显著,发动机每下沉100 mm升力至少损失0.1。为获得理想的动力增升效果,发动机短舱应在避免巡航状态喷流直接冲刷机翼下表面的前提下尽可能地靠近机翼。发动机水平位置主要影响中等以上迎角的气动力特性,短舱前伸有利于喷流进入缝道并且存在兼顾最大升力系数和失速和缓特性的最佳前伸量。发动机负的安装角每增加1°,升力可增加0.1以上,适当给定负的发动机安装角可使得尾喷流向上倾斜从而被襟翼完全阻挡。通过改变发动机位置,在起到更好的动力增升效果的同时,通常都伴有低头力矩增大,压力中心后移,以至于全机安定性增加的同时平尾配平的负担也相应增加。     

民用飞机前缘增升装置气动特性试验研究

在民用飞机增升装置低速半模风洞试验的基础上,针对内缝翼和短舱导流片进行了前缘增升装置气动特性试验研究,分析了内缝翼长度对增升装置升力系数的影响,比较了短舱导流片在起飞和着陆状态下的气动特性.试验结果表明,增升装置线性段升力系数不受内缝翼长度的影响,失速区升力系数和CL max随内缝翼长度增加而增大;模型安装短舱导流片后,最大可用升力系数、CL max和失速迎角明显增加,升阻比和俯仰力矩特性在失速区也得到了改善,且线性段气动性能没有发生大的改变.     

微型涡流发生器控制增升装置流动分离研究

针对大型飞机增升装置大偏度状态出现的流动分离问题,采用数值模拟方法,研究使用微型涡流发生器控制其附面层分离的作用机理及流动控制效果.结合风洞实验结果,验证了数值方法的可靠性,并以某型号运输机二维增升构型为对象,系统分析了微型涡流发生器尺寸、安装角、安装位置、排列方式等参数对其流动控制效能的影响规律,获得了设计原则,给出...     

涡流发生器对风力机翼段动态失速影响

为研究翼型动态失速过程中,涡流发生器(VGs)对其气动特性和流场的影响,本文采用延迟分离涡模型对加装VGs的风力机翼型DU91-W2-250翼段动态失速进行了数值模拟,分析了VGs对深失速和轻失速转化过程的影响.结果表明:涡流发生器对动态失速有抑制作用,有显著的增升减阻效果,翼段下俯段的气动性能改善效果要好于上仰段.由...     

耦合分布螺旋桨的大柔性机翼静气弹研究

分布式螺旋桨被广泛用作为大展弦比长航时无人机提供推进动力,其载荷和滑流会改变机翼的结构和气动特性,使几何非线性效应更加突出。针对分布式螺旋桨对大柔性机翼的气弹干扰问题,在涡流叶素理论基础上,采用滑流管模型快速计算滑流对机翼的诱导速度,实现螺旋桨与机翼的耦合气动建模;在共旋转法中通过坐标系的推导与转换,实现展向分布的螺旋桨与机翼非线性结构耦合建模;结合空间梁样条插值,建立了考虑分布式螺旋桨载荷和滑流影响的大柔性机翼非线性静气弹分析框架。大柔性机翼与分布式螺旋桨耦合的算例结果表明：非线性大变形使螺旋桨拉力产生机翼结构负扭转,造成约10%的升力损失和20%～40%的静稳定裕度减小;螺旋桨滑流通过影响机翼当地流速和绕流攻角,改变了结构变形分布,带来约2.5%的升力收益和2%～8%的静稳定裕度增加;螺旋桨靠近翼根时增升,靠近翼尖时减升且越靠近翼尖影响越显著;所建立的分析方法可为分布式螺旋桨与大柔性机翼的耦合设计提供指导。     

叶片穿孔小型轴流风扇气动性能的研究

以小型轴流风扇为原型,对其叶片进行穿孔设计,采用k-ε两方程湍流模型和大涡模拟数值分析风扇的内部流场,对比分析原型风扇和叶片穿孔以后风扇的静特性和气动声学特性。结果显示:叶片穿孔后,在整个计算流量下,风扇的静压升稍有下降,但在最佳工况点时,风扇的静压升基本上和原型风扇相当;涡脱落位置更靠近叶顶;在出口区,涡流消失点向下游移动、涡量减弱,风扇的噪声整体减小,但在不同的频段噪声降低幅度不同,在35～45kHz频率范围内,噪声降低幅度最大。这些研究结果说明,在风扇最佳工况点下采用叶片穿孔方法来降低噪声的方法是可行的。     

大攻角机翼定常、非定常流涡格法的研究

本文用非线性涡格法计算了复杂机翼大攻角分离流定常、非定常气动力,详细地研究了影响该方法的几个主要参数如:前缘分离涡的起点位置,离体涡位置迭代过程中施加的δ松驰因子、计算中须考虑的离体涡长度等等。对于出现部份前缘分离的带边条的机翼,用其非定常的涡格法处理了这一情况,并通过压缩性修正,使方法能计算亚音速大攻角定常气动力。大量算例结果表明本文所得的结果与实验值是一致的。     

移动荷载作用下曲线箱梁剪力滞效应

采用大型通用有限元软件ＡＮＳＹＳ分析了移动荷载作用下曲线箱梁的剪力滞效应. 分别设置了3种不同大小的移动荷载和3个不同的作用位置,研究了荷载移动到曲线箱梁Ｌ／２跨时该截面的剪力滞效应分布情况. 结果表明:荷载沿箱梁中心线移动时,截面内外侧剪力滞效应分布不均匀;荷载沿外侧腹板移动时,外侧腹板处正剪力滞现象明显,内侧腹板以及翼缘板上负剪力滞现象明显;荷载沿内侧腹板移动时,内侧腹板处正剪力滞现象明显,外侧腹板以及翼缘板上负剪力滞现象明显. 移动荷载大小的改变,对曲线箱梁剪力滞效应的分布情况影响较小. 但随着移动荷载的加大,局部剪力滞效应会少量地增大.     

低柱体雷诺数下柱体上游薄层水流马蹄涡特征研究

马蹄涡是水下柱体基部产生局部侵蚀的主要动力,目前对大雷诺数深水条件的马蹄涡特征研究广泛,而在低柱体雷诺数浅薄层水流条件下因技术条件限制,实验手段难以准确捕获马蹄涡。为准确掌握在该水流条件下马蹄涡的特征,本研究构建了高分辨率高频的粒子图像测速系统,系统测量了6组浅薄层水流条件下柱体前端的瞬时流场。通过分析平均流场特征进而提取出流动分离点,采用旋转强度的方法来识别马蹄涡进而提取马蹄涡位置及强度,使用Oseen涡和纯剪切的控制方程叠加模拟马蹄涡进而计算出马蹄涡的半径。结果表明,在低柱体雷诺数水流条件下(ReDlt;5 000),随着柱体雷诺数的增加流动分离点急剧向下游移动,同时马蹄涡也急剧向柱体端和床面靠近,其半径减小而旋转强度增加。在浅薄层水流条件下,当柱体直径一定时,随着水深的增加,流动分离点向上游运动,同时马蹄涡向远离柱体端和朝水面运动,马蹄涡的半径增加,且其各项参数显著大于明渠水流条件下。随后,结合已有工作,归纳出分离点、马蹄涡特征随柱体雷诺数增加而经历的不同阶段:当5 000lt;ReDlt;8 000后流动分离点仍向下游急剧移动,马蹄涡的各项特征保持稳定;当ReDgt;8 000后,流动分离点向下游移动缓慢移动,马蹄涡的各项参数仍维持稳定。研究结果可为柱体基部科学布设防冲设施提供依据和参考。     

低柱体雷诺数下柱体上游薄层水流马蹄涡特征研究

马蹄涡是水下柱体基部产生局部侵蚀的主要动力,目前对大雷诺数深水条件的马蹄涡特征研究广泛,而在低柱体雷诺数浅薄层水流条件下因技术条件限制,实验手段难以准确捕获马蹄涡。为准确掌握在该水流条件下马蹄涡的特征,本研究构建了高分辨率高频的粒子图像测速系统,系统测量了6组浅薄层水流条件下柱体前端的瞬时流场。通过分析平均流场特征进而提取出流动分离点,采用旋转强度的方法来识别马蹄涡进而提取马蹄涡位置及强度,使用Oseen涡和纯剪切的控制方程叠加模拟马蹄涡进而计算出马蹄涡的半径。结果表明,在低柱体雷诺数水流条件下(ReDlt;5 000),随着柱体雷诺数的增加流动分离点急剧向下游移动,同时马蹄涡也急剧向柱体端和床面靠近,其半径减小而旋转强度增加。在浅薄层水流条件下,当柱体直径一定时,随着水深的增加,流动分离点向上游运动,同时马蹄涡向远离柱体端和朝水面运动,马蹄涡的半径增加,且其各项参数显著大于明渠水流条件下。随后,结合已有工作,归纳出分离点、马蹄涡特征随柱体雷诺数增加而经历的不同阶段:当5 000lt;ReDlt;8 000后流动分离点仍向下游急剧移动,马蹄涡的各项特征保持稳定;当ReDgt;8 000后,流动分离点向下游移动缓慢移动,马蹄涡的各项参数仍维持稳定。研究结果可为柱体基部科学布设防冲设施提供依据和参考。     

低柱体雷诺数下柱体上游薄层水流马蹄涡特征研究

马蹄涡是水下柱体基部产生局部侵蚀的主要动力,目前对大雷诺数深水条件的马蹄涡特征研究广泛,而在低柱体雷诺数浅薄层水流条件下因技术条件限制,试验手段难以准确捕获马蹄涡。为准确掌握在该水流条件下马蹄涡的特征,本研究构建了高分辨率高频的粒子图像测速系统,系统测量了6组浅薄层水流条件下柱体前端的瞬时流场。通过分析平均流场特征提取出流动分离点,采用旋转强度的方法识别马蹄涡进而提取马蹄涡位置及强度,使用Oseen涡和纯剪切的控制方程叠加模拟马蹄涡进而计算出马蹄涡的半径。结果表明:在低柱体雷诺数水流条件下(Re D5 000),随着柱体雷诺数的增加流动分离点急剧向下游移动,同时马蹄涡急剧向柱体端和床面靠近,其半径减小而旋转强度增加。在浅薄层水流条件下,当柱体直径一定时,随着水深的增加,流动分离点向上游运动,同时马蹄涡向远离柱体端和朝水面运动,马蹄涡的半径增加,且其各项参数显著大于明渠水流条件下的参数。随后,结合已有工作,归纳出分离点、马蹄涡特征随柱体雷诺数增加而经历的不同阶段:当5 000Re D8 000流动分离点仍向下游急剧移动,马蹄涡的各项特征保持稳定;当Re D8 000,流动分离点向下游缓慢移动,马蹄涡的各项参数仍维持稳定。研究结果可为柱体基部科学布设防冲设施提供依据和参考。     

低柱体雷诺数下柱体上游薄层水流马蹄涡特征研究

马蹄涡是水下柱体基部产生局部侵蚀的主要动力,目前对大雷诺数深水条件的马蹄涡特征研究广泛,而在低柱体雷诺数浅薄层水流条件下因技术条件限制,实验手段难以准确捕获马蹄涡。为准确掌握在该水流条件下马蹄涡的特征,本研究构建了高分辨率高频的粒子图像测速系统,系统测量了6组浅薄层水流条件下柱体前端的瞬时流场。通过分析平均流场特征进而提取出流动分离点,采用旋转强度的方法来识别马蹄涡进而提取马蹄涡位置及强度,使用Oseen涡和纯剪切的控制方程叠加模拟马蹄涡进而计算出马蹄涡的半径。结果表明,在低柱体雷诺数水流条件下(ReDlt;5 000),随着柱体雷诺数的增加流动分离点急剧向下游移动,同时马蹄涡也急剧向柱体端和床面靠近,其半径减小而旋转强度增加。在浅薄层水流条件下,当柱体直径一定时,随着水深的增加,流动分离点向上游运动,同时马蹄涡向远离柱体端和朝水面运动,马蹄涡的半径增加,且其各项参数显著大于明渠水流条件下。随后,结合已有工作,归纳出分离点、马蹄涡特征随柱体雷诺数增加而经历的不同阶段:当5 000lt;ReDlt;8 000后流动分离点仍向下游急剧移动,马蹄涡的各项特征保持稳定;当ReDgt;8 000后,流动分离点向下游移动缓慢移动,马蹄涡的各项参数仍维持稳定。研究结果可为柱体基部科学布设防冲设施提供依据和参考。     

利用水模拟装置进行发动机进气涡流的激光测量及强度评价

采用在进气门上方安装旋流器的方法产生进气涡流 .针对 150单缸柴油机设计一个透明的水模拟装置 ,同时利用粒子速度场仪对不同旋流器在模型内产生的流场进行测量 .通过处理流场的速度数据 ,提出一种进气涡流强弱的评价方法 ,以便对比不同气门升程、不同位置的气缸横截面及使用不同结构旋流器时的进气涡流的强弱 ,进而选出较合适的旋流器进行实机实验 .通过水模拟试验来比较旋流器产生涡流的强弱是可行的 ,所提供的方法对于筛选旋流器具有指导意义 .     

等离子体激励对飞翼布局飞行器增升及流态影响

将纳秒脉冲等离子体激励器应用于飞翼布局飞行器上,在-4°~28°攻角范围内,开展了激励器布置位置和放电频率对增升效果的影响研究,采用油流显示方法分析了不同攻角下激励器作用与否表面流态随攻角的演化规律。研究结果表明,等离子体激励器通过放电能够在大攻角时实现飞翼布局飞行器的增升;布置位置和放电频率对增升效果的影响较大,布置于飞行器前缘的激励器能够获得最佳的控制效果,存在最优的放电频率,在该频率下流动分离被有效抑制,增升效果最佳;油流显示结果表明激励器对分离流的控制机理在于施加激励后对剪切层注入能量,增加了分离涡强度,促进了剪切层外高速与内部低速气流的掺混,有效抑制了分离的发生。     

催化型微粒捕集器碳烟分布及其影响因素

建立了催化型柴油机微粒捕集器(CDPF)的数学模型,通过相关试验验证了模型的正确性,分析了CDPF排气参数和结构参数对碳烟分布的影响。研究结果表明:壁面层的碳烟质量浓度呈现先急剧上升后缓慢减少的特点;滤饼层的碳烟分布呈现两端高、轴向无量纲位置x=0.3左右的位置最低的分布特性。随着排气参数(温度、流量、氧体积分数、NO2体积分数)的增大,壁面积累碳烟质量浓度减少,其中温度的影响最大;排气流量的增大会使滤饼层碳烟分布最低点位置逐渐向前端移动。结构参数(长径比、进出口孔径比、孔密度)对滤饼层碳烟分布形状影响较大,随着结构参数的增大,滤饼层碳烟分布趋于不均匀,其中孔密度的变化对滤饼层碳烟分布影响最大,孔密度的增大会使最低点位置向后端移动;进出口孔径的增大使最低点位置向前端移动。     

联焰板宽度对单凹腔驻涡燃烧室流线形态的影响

为了研究联焰板宽度对单凹腔驻涡燃烧室流线形态的影响,设计了一个带扩压器和内外机匣的单凹腔驻涡燃烧室,并在此基础上进行了常温、常压状态下的冷态流场试验,试验中设置联焰板宽度分别为40、30、20 mm。研究结果表明:在主流中心截面(PM)上,凹腔内存在双涡流动结构,主涡位于凹腔的中间位置,副涡位于主涡与主流之间;在联焰板中心截面(PA)上,不同的联焰板宽度会形成两种不同的流线形态,当联焰板宽度较宽时,凹腔内为单涡流动结构,仅存在主涡结构,主涡回流气流沿联焰板向火焰筒下壁面流动;当联焰板宽度较窄时,凹腔内为双涡流动结构,主流气流卷入联焰板后方。     

同轴射流突片激励混合的数值研究

通过数值方法对同轴射流的突片激励混合特性进行研究,分析了突片数目、突片顶角和安装角对同轴射流混合过程的流向涡和温度分布的影响. 研究结果表明,突片的激励作用使得同轴射流之间的混合流在突片对应位置下游形成阵列涡对,导致温度分布等值线发生“指型”局部变形,增强了两股气流之间的混合. 随着突片数目的增加,单个突片诱导的流向涡强度和影响范围存在较大的差异,过多的突片数导致相邻涡对的“挤压”,流向涡的强度有很大的减弱; 在相同的堵塞比下,突片顶角为90°时或安装角为30°时,单个突片诱导的流向涡强度和作用范围均体现最为显著,从而有利于改善同轴射流的混合程度.     

翼片诱导纵向涡强化层流对流传热数值模拟

利用三维数值模拟,分析了圆管内添加翼片后流体的流动结构和对流传热特性。模拟中,翼片与壁面呈45°倾斜放置,选取包含1个翼片的1／6通道进行研究。结果表明,翼片可在下游诱导产生2个旋转方向相反的纵向涡,形成对称的涡偶,涡偶外侧为背壁流,内侧为向壁流。纵向涡结构提高了流体在径向上的速度波动,在翼片下游靠近管壁处,最大速度可达到主流平均速度的80％,增强了对速度边界层的扰动。流场的改善使通道内的温度场分布更加均匀,与光滑通道相比,壁面附近的温度梯度可提高接近1个数量级。流体对壁面的冲刷作用使对流传热得到强化,相对于光滑通道,壁面局部Nu数可提高近50倍。纵向涡对通道内流体的强化传热作用随Re的增加而显著提高。     

龙卷风原理的吸尘装置结构设计及流场仿真分析

为提升垃圾清扫性能,利用龙卷风原理设计吸尘装置并对其结构参数和扩展域进行研究,采用ANSYS FLUENT 16.0、有限体积法与RNG k-ε模型对吸尘装置的流场进行计算,分析探讨各结构参数和扩展域参数对龙卷风的形成及吸尘效果的影响规律,提出了新型的吸尘装置的原理以及设计方案. 研究结果表明:排尘口高度与吸嘴直径的比值是1.6时,此时装置产生的龙卷风上部完全发展且结构稳定;吸嘴进风口距地面高度与圆筒直径的比值是0.2时,此时装置产生的龙卷风具有明显的单涡结构,吸嘴覆盖区域的近地面风速最大,吸尘效果最好;导流孔倾斜角度为45°或-45°时装置产生的龙卷风最稳定且强度最大;涡流比在一定范围内增加时装置内的风场结构的强度变大,有利于吸尘效率的提高;扩展域的高度和直径均存在阈值,当扩展域参数大于相应阈值时,其影响可以忽略不计. 吸尘装置通过设置合适的结构参数,能够形成高稳定性与强吸尘效果的类龙卷风流场,可实现高效清扫效果.     

旋翼机对降落伞工作性能的影响

为研究旋翼机对降落伞工作性能的非定常影响,建立一套适用于旋翼机伞降系统非定常复合流场的数值模拟方法。首先,采用PISO（pressure implicit split operator）算法和Reliazable k-ε湍流模型,以提高瞬态计算效率和粘性计算精度,准确捕捉流场尾涡细节变化。其次,建立了高效的动态网格更新模型,结合Diffusion Smoothing和Remeshing两种网格更新方法,对不同变形尺度的网格进行分类处理.在此基础上,研究了旋翼扰动下物伞系统的非定常尾流特征和降落伞气动特性的变化。 结果表明:旋翼转动使前体尾流区长度增加,尾流对降落伞影响增强,伞衣入口的流场结构呈不对称分布;前体尾部负涡量区逐渐上移,与伞衣入口的负涡量区相连通,促进了伞衣尾涡的脱离,伞衣尾流区的旋涡数量明显增加;另一方面,旋翼转动扰乱了前体表面的涡流分布,形成旋转涡流区,前体尾流中的脱落涡流区范围变小,受涡量黏性耗散的影响,进入伞衣的旋涡强度减弱.随着旋翼转速增加,伞衣外侧压力不变,内侧压力和压强系数均逐渐减小,内外压差减小,降落伞的平均阻力系数逐渐减小。