旋翼翼型动态失速特性的数值仿真研究

旋翼翼型动态失速具有很强的非定常性与非线性,为研究动态失速发生时的气动和流场特性,基于CFD软件FLU-ENT,采用单方程S-A湍流模型,对NACA0012翼型的动态失速特性进行数值仿真。仿真结果显示,轻失速是后缘分离,旋涡影响范围小;深失速则形成了很强的前缘分离涡,结构复杂,影响范围大。参数研究显示,较大的湍流强度能减缓动态失速的发生,并且动态失速状态下的分离涡影响范围较小。通过与实验的对比证明,用S-A湍流模型的方法可以较好地仿真动态失速过程中旋涡的形成与发展过程。     

高亚音速下翼型非定常气动力数值仿真研究

非定常气动力的研究是气动弹性研究的基础。针对高亚音速下翼型强迫周期运动的非定常气动力数值模拟,采用Jameson提出的有限体积法求解Euler方程,利用具有二阶离散精度的双时间隐式推进方法,在验证了程序可靠性的基础上,研究了高亚音速时不同飞行马赫数、初始迎角、振幅和减缩频率时翼型做强迫俯仰振荡的迟滞效应。仿真结果表明,随着飞行马赫数的增加,迟滞环的面积逐渐增大,俯仰力矩系数的迟滞环随着马赫数走向将发生变化;俯仰力矩系数的迟滞环随着初始迎角的增大由动稳定变化为动不稳定,同时走向发生改变;随着减缩平率的增大,非定常迟滞效应越明显。     

基于FLUENT的微型修正弹药气动特性仿真

研究微型修正弹药的的气动外形结构优化设计问题.由于传统的气动力参数计算方法,计算新型修正弹的气动力参数会造成大的误差,不利于弹道参数计算和飞行稳定性校核.针对上述问题,提出采用计算流体动力学软件Fluent对修正弹进行非结构化网格划分,利用密度基显式求解法,对修正弹在不同攻角、不同飞行马赫数下的气动力进行了仿真计算,得到了修正弹药的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数随飞行马赫数和攻角的变化规律,以及弹丸表面的压力分布和来流速度分布,并对仿真结果进行分析.结果表明,计算所得气动参数符合修正弹外弹道学规律,较好地模拟了弹丸跨音速时的飞行状态,可以为微型修正弹药的制导外形设计提供依据和参考.     

基于数值法的某型飞机内襟翼运动机构设计

在飞机的起飞、着陆、巡航飞行中,襟翼运动起着重要的作用;文章将以某型机的后缘内襟翼为研究对象,根据气动的吹风位置,对飞机的内襟翼机构采用数值法予以解算;滚珠丝杠作动器驱动滑轮架带动襟翼运动,通过滑轨的曲率变化和滑轮架的后退量变化来实现气动要求的矢量位置;该计算方法和结果已经成功运用到某型飞机内襟翼运动机构研制当中。     

直驱风力发电机翼型特性数值仿真

目前的发电机翼型特性数值仿真方法中,由于对翼身的抖振非定常数的计算不足,影响最终结果的准确性,因此提出直驱风力发电机特性数值仿真方法研究.首先建立风力空气动力模型,作为仿真动力基础.其次确定风翼参数,计算翼身的抖振非定常数,最后在数值仿真中将翼型实现实体化生成,并根据风力空气动力模型实现数值仿真.为了验证设计的数值仿真方法的可行性,利用某地直驱风力发电机的相关参数,使用不同对比数值仿真方法和设计方法进行翼型特性数值仿真.实验结果证明设计方法的特性系数更接近实际值,在仿真中准确性较高.     

基于CFD方法的气动喷丸两相流场特性研究

为研究喷管内部结构及其产生的流场特性对气动喷丸效果的影响,基于计算流体动力学方法,建立了欧拉-拉格朗日两相流数值模型,研究了气动喷丸自由射流流场的动力特征,以及人口压力、喷管形状等因素对气固两相流场的影响.结果表明:受激波和膨胀波的影响,气体静压和速度在自由射流阶段发生震荡衰减;颗粒流在大气环境中呈散射状态;同一粒径颗粒速度离散分布;直径较大颗粒容易与喷管内壁面发生碰撞而导致速度突变;随入口压力的增大,气速变化不明显,颗粒速度大幅提高;与收缩型喷管相比,Lavel喷管内部气体膨胀更为充分,颗粒速度离散区间较小/,高速颗粒所占比例较高,喷丸强化效果更好.研究结果为气动喷丸Lavel喷管的结构设计和喷丸工艺参数的选择提供了新的方法.     

一种典型翼型在湍流模型中的数值仿真分析

目前飞行器的气动设计主要以风洞实验和数值计算为主要手段.但是风洞实验的周期长、成本高.为提高设计性能,提出选取计算流体力学作为研究方法,并通过选用SST、k-ω和k-ε湍流模型对典型RAE2822翼型进行数值仿真,与风洞实验结果用图和表的形式进行比较,并分析仿真结果,对数值计算方法进行精度确认.结果表明所采用的计算流体力学在SST湍流模型的计算精度高,且满足计算要求,可以进一步为飞行器气动数值计算分析提供可靠的方法基础,进而为飞行器的设计工作打下了基础.     

扑翼的非定常水动力特性数值研究

研究水下推进装置结构优化设计问题,建立了扑翼的简谐运动模型,根据有限体积法和非结构动网格技术,完成了对扑翼运动的非定常建模研究.通过计算得到了扑翼运动的水动力特性及流场的变化规律,提出了扑翼产生的涡的特点及其作用机制.计算结果表明:在简谐运动驱动下,扑翼运动能产生较大的推力,而产生的升力较小;扑翼运动过程中伴随着涡的生成和脱离,尾涡能有效地提高扑翼产生的推力,前沿涡能抑制推力的产生和延缓升力的下降趋势.以上研究为水下推进装置优化设计提供了参考依据.     

翼型气动特性的集成优化方法

为减少汽车翼型气动特性的数值仿真计算量并提高优化效率,利用Isight和拉丁超立方抽样得到实验矩阵并进行数值仿真,基于仿真结果建立近似模型,使用进化算法进行全局优化．结果表明：该集成优化方法能得出合理的翼型安装参数,而且仅依赖于近似模型的优化过程就能根据不同的约束条件和优化目标快速得出合理的结果,显著缩短优化周期．     

基于涡量场的二维物体气动力计算

提出了在有限流场区域中根据涡量场计算二维物体气动力的两个公式。在FLUENT数值模拟得到的流场中,运用提出的两个公式,计算了雷诺数为1000的二维无厚度平板的气动力。按照不同方法计算得到的结果接近。提出的两个公式比Noca的FLUX和MOMENTUM公式在形式上简单,便于使用。     

一种热气防冰系统的数值仿真

飞机在飞行过程中,结冰问题,会增加重量,影响稳定性.为了防冰,用2D翼型热气防冰系统,采用热气流方法并优化控制防冰腔结构,并进行了数值仿真,得到了防冰系统热力学数值仿真计算结果.计算采用计算流体力学CFD软件FLUENT,根据欧拉模型及用户自定义函数UDF,得到了局部水收集系数、翼型防冰热载荷和表面溢流水量.将外部热载荷与防冰腔内部热气流动与传热耦合计算,实现防冰腔内外表面的热交换仿真,计算出防冰腔内喷口射流以及表面换热量,保证表面温度在允许范围内达到防冰热气流量.结果表明了仿真方法在防冰系统设计研究中的可行性.     

二维弹道修正弹静态侧向气动特性仿真研究

为研究差动舵位于攻角平面内时旋转稳定二维弹道修正弹的侧向气动特性,基于雷诺平均Navier-Stokes方程,采用有限体积法、SLAU2计算格式和标准可压SA-noft2湍流模型,建立了一套数值计算方法,并通过M910子母弹对方法进行了验证.通过对不同攻角下"+"形修正组件布局的二维修正弹进行仿真,得到了侧向气动力和力矩随攻角的变化关系,分析了修正组件对局部流动和弹丸表面压力系数分布的影响规律.结果表明,在有攻角的情况下,差动舵能使空气产生侧滑角的效果,形成侧向效应,侧向力和力矩随攻角呈线性关系.静态侧向力矩与动态侧向力矩量级相,方向由迎风区鸭舵造成的偏流所主导.     

四旋翼无人机的旋翼空气动力学建模与仿真

针对四旋翼无人机在不同飞行状态与不同姿态角状态下如何提升飞行稳定性的问题,提出了通过调整俯仰角来提升飞行稳定性的方法.首先建立了四旋翼无人机的机体坐标系与地面坐标系,运用动量理论、涡流理论及叶素理论,对四旋翼无人机的旋翼进行动力学分析,得到桨叶叶素所受到的空气动力及力矩,然后建立了各个旋翼空气动力学系数与飞行稳定性系数的数学模型,并使用MATLAB进行了仿真,得出各个旋翼空气动力学系数在不同飞行状态下的变化情况.最后进行了实际飞行检测,得出四旋翼无人机在飞行过程中,俯仰角保持在[-5°,5°]内,能有效提高飞行稳定性.     

气流式喷嘴流体雾化干燥过程的CFD分析

为准确地描述气流喷嘴的雾化干燥过程,利用CFD技术,结合喷雾干燥的特点,建立了适合气流式喷嘴的气体-颗粒两相运动及液滴雾化下燥的完整模型,得到了干燥过程中干燥室内气体流场和颗粒运动轨迹、气体局部湿度和温度变化及不同初始直径液滴在干燥室内的干燥情况.模型充分考虑了气体液滴之间的两相耦合作用,分析了气体/液体流量比,气体/液体相对速度,液体粘度等重要因素对滴径的影响,并将模拟结果跟实验进行比较,结果比较合理.为喷雾干燥过程的系统仿真和喷雾质量的提高提供了有力工具.     

某高压涡轮时序效应的数值仿真研究

研究提高涡轮机性能问题,如何提高叶轮机械气动效率一直是人们普遍关心的问题,将研究时序效应技术用于提高涡轮气动性能.采用商业软件CFX11.0进行数值仿真,在一个栅距内改变第二级静叶相对第一级静叶的周向位置,结果发现涡轮效率也随之发生改变,分析涡轮非定常时均流场发现,不同的时序位置,第一级静叶出口流场几乎没有变化,时序效应主要影响第二级静叶出口流场,在叶尖和轮毂区,最小效率和最大效率时序位置均表现出较高的损失,然而沿第二级静叶径向,对应最小效率时序位置栅距平均的总压损失系数明显要高,通过数值仿真,结果表明,可以找到最优叶片排列方式,改进涡轮性能和提高涡轮效率.     

基于高性能并行计算的旋转网球空气动力学模拟

基于曙光5000A高性能并行集群架构和软硬件环境,采用计算流体力学方法,针对旋转物体特有的马格努斯力作用,应用Realizable k-ε湍流模型,研究网球在不同球速和转速条件下周围流场压力分布及网球表面压力分布特性,并提出一种旋转网球空气动力学模拟方法。通过增加网球旋转加大上下表面压力差,增强马格努斯效应使网球急坠,球速增加造成周围气体流态紊乱,使得网球可控性变差,阻力和升力系数分别随网球球速和旋转速度增加而增加。实验结果表明,多核并行计算可有效提高计算精度和运算效率。