超临界机翼跨音速颤振风洞试验研究

某先进民用支线飞机采用超临界机翼设计,跨音速颤振特性是超临界机翼的重要关键技术之一。颤振模型风洞试验是民机研制阶段最有效的跨音速颤振特性适航验证试验。本文设计了某民机超临界机翼跨音速风洞颤振试验模型并进行了颤振风洞试验,根据试验结果并结合亚音速颤振分析和压缩性数值分析,得到了超临界机翼的跨音速颤振压缩性修正曲线。研究表明,超临界机翼跨音速颤振速度最大压缩性修正系数较小,风洞试验结果与理论分析吻合较好,试验结果可以用于飞机的适航取证。     

飞机T型尾翼跨音速颤振特性研究

由于飞机T型尾翼的结构与气动布局特点,T型尾翼颤振计算不能套用常规尾翼的分析方法,而需要考虑平尾面内运动以及静升力等因素的影响。而跨音速空气压缩性效应和非定常气动力计算的不准确性,使得T型尾翼跨音速颤振计算更加困难,准确性较低。因此,需要采用试验为主计算为辅的方法来研究飞机T型尾翼跨音速颤振特性。针对某T型尾翼结构,用ZAERO软件等价片条势流跨音速颤振(ZTAIC)方法计算T型尾翼跨音速颤振特性,研究了马赫数、风洞气流密度和平尾迎角对T型尾翼颤振特性的影响。通过升力系数斜率空气压缩性修正计算方法和跨音速颤振模型风洞试验方法得到了飞机T型尾翼的跨音速颤振的凹坑曲线和空气压缩性特性,两种方法得到结果一致。     

气动扰流对飞机T型尾翼跨音速颤振影响的试验研究

跨音速颤振试验通常在稳定的理想流场中进行,不考虑实际非稳定流场的气动扰流对颤振特性的影响。在飞机T型尾翼跨音速颤振试验中,通过设置一种气动扰流装置对风洞流场实施干扰以研究气动扰流对飞机T型尾翼跨音速颤振特性的影响。试验结果表明,气动扰流可以将飞机T型尾翼的颤振耦合模态从平尾弯扭耦合型改变为垂尾弯扭耦合型;可显著降低飞机T型尾翼的颤振动压,翼面外气动扰流较翼面内气动扰流对飞机T尾颤振特性的影响作用大。其原因在于施加的气动扰流所诱导产生的跨音速激波作用在垂尾翼面上改变了垂尾的非定常气动力,引起气动刚度和气动阻尼发生改变,由于平尾的气动阻尼相对较大,可以预计,一旦气动扰流引起垂尾的气动阻尼迅速减小到其临界颤振阻尼,则会引起垂尾弯扭耦合颤振型先于平尾弯扭耦合颤振型发生,从而表现出T尾颤振动压的降低。在颤振模型风洞试验中,当风洞试验结果与期望不一致时,需要研究气动扰流的影响。     

基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法及其试验验证

提出一种基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法,以片条内升力和力矩随攻角变化斜率为修正目标,采用多项式方程模拟片条力矩分布,使整个翼面的气动力大小和分布都与目标相符,进而使用修正后的气动力进行跨音速区的颤振分析.计算结果经跨音速颤振风洞试验验证,该方法对翼吊发动机构型的机翼颤振型、带操纵面的尾翼颤振型都有较高的计...     

大展弦比机翼气动颤振的有限元分析

摘要：在Theodorsen二元气动力的基础上,建立非定常气动力时域内积分形式的表达式或者等价的频域表达式,利用粘弹性结构振动分析中对积分方程的等价变换将其写成与结构动力学方程一致的二阶常微分方程,将气动力的影响作为对结构有限元模型质量阵、刚度阵和阻尼阵的补充,保留了结构原有的所有动力学特性,并且能够直接用计算结构动力学的通用有限元软件进行空气-结构耦合的整体动力学分析,适合应用于具有复杂结构的气弹问题。气动力模型的建立可以利用各种试验及数值方法得到的气动力数据,适用性强。算例给出了大展弦比机翼的颤振边界计算结果。     

基于地面共振试验的操纵面间隙非线性颤振分析方法

以某型民机带中心对称间隙的方向舵为研究对象。按动力相似准则设计了尾翼颤振风洞模型,通过地面共振试验获得不同操纵刚度和自由间隙组合情况下方向舵旋转模态的力频曲线,根据收敛的频率值获得有限元模型作动器单元的等效刚度,经动力学特性修正后的有限元模型进行了颤振分析。风洞试验后通过比较表明,计算结果与试验结果吻合:①颤振速度一致;②颤振频率的偏差不大于6.5%;③颤振型一致。由此可见,根据试验频率得到的等效操纵刚度是准确的,用来预测弹性操纵面的极限环振荡临界速度是可行的,可以作为民机适航符合性验证的一种手段。     

机翼颤振模型的结构动力学设计

介绍了围绕某型飞机机翼颤振模型的结构动力学设计所开展的研究工作，内容包括设计目标与设计参数的确定、设计模型与设计变量的选取、设计方法与优化方法、主体结构与边界条件设计等。试验结果表明，设计出的颤振模型满足预定的振动特性要求。     

二元机翼非线性颤振系统的若干分析方法

颤振是气动弹性力学研究最重要的问题之一。本文综述了亚音速条件下二元机翼非线性颤振研究的若干分析方法。目前,基于二元机翼的非线性颤振分析采用的定性方法主要是常微分方程定性理论,定量方法则有等效线性化法、描述函数法、谐波平衡法以及摄动法等。对所提及的方法做了简要的评述和比较,指出了进一步研究的问题。     

跨音速颤振的主动抑制研究

运用基于非定常Eu ler方程的气动力辨识技术,得到跨音速非定常气动力的降阶模型。基于耦合结构方程、主翼和控制面的气动力状态方程,在状态空间内建立了跨音速伺服气动弹性分析模型。运用基于输出反馈的次优控制方法设计控制律。算例首先分析了跨音速伺服气动弹性标准算例（BACT W ing）的开环结果,基于ROM技术的分析结果与基于Eu ler方程的数值仿真结果及实验结果作了比较。而后将基于ROM技术的闭环分析结果与基于Eu ler方程的伺服气动弹性数值仿真结果也作了对比,以验证控制律的设计方法和伺服气动弹性分析方法的正确性。次优控制方法设计的控制律可将颤振速度提高15%左右。     

PC板式加劲梁悬索桥三维颤振特性分析

以规划的贵州某PC板式加劲梁悬索桥为研究对象,针对施工和成桥两种状态,利用节段模型强迫振动风洞试验,识别了-3°、0°和3°三个风攻角下PC板式加劲梁的8个颤振导数。通过有限元软件ANSYS的二次开发,对大桥进行了颤振全模态频域分析,研究了不同风攻角和栏杆对该桥颤振特性的影响。研究发现,在0°风攻角下,栏杆(成桥状态)显著恶化了加劲梁的颤振特性;无论是施工状态(无栏杆)还是成桥状态,负攻角下大桥颤振临界风速显著降低;相反,正攻角下施工和成桥均有很高的颤振临界风速。这表明,此类PC板式加劲梁悬索桥对来流风攻角非常敏感,因此栏杆气动外形优化和桥址风场条件研究非常重要     

现代民用飞机气动弹性模型低速风洞试验适航符合性验证技术研究

现代民用飞机须严格按照适航规章要求进行设计,国内现代民用飞机的气动弹性设计参照的适航条款主要为CCAR25.629条款"气动弹性稳定性要求"和咨询通报AC25.629-1A"Aeroelastic Stability Substantiation of Transport Category Airplane"。低速颤振模型风洞试验是飞机气动弹性设计中的一种有效技术手段,用以摸清飞机的亚音速颤振特性、影响颤振特性的敏感参数及其影响规律,并验证理论分析结果;低速颤振模型风洞试验同时也是民用飞机适航符合性的一种验证方法,用以表明飞机气动弹性设计的适航符合性。结合某型号飞机研制经验对民用飞机低速颤振模型风洞试验的适航符合性验证技术进行探讨研究,提出了切实可行的民用飞机低速颤振模型风洞试验适航符合性设计和验证方案。     

基于风洞试验和数值模拟的双矩形断面涡振气动干扰研究

采用节段模型风洞试验和CFD数值模拟对宽高比为5∶1的双幅矩形断面涡振气动干扰进行了研究。分析了不同水平间距对双矩形断面竖弯和扭转涡振响应的影响。在水平间距比为1.2时进行了动态压力测试,并分别对竖弯和扭转涡振风速下的脉动风压场进行POD分析。结果表明双矩形断面间存在显著的气动干扰,且一般而言下游断面的涡振响应大于上游断面。前两阶本征模态与双矩形断面涡振相关联,由前两阶本征模态可重构脉动风压场。CFD数值模拟的结果表明双矩形断面的涡振符合“撞击剪切层失稳机制”,且一个周期内上游断面下风向以及下游断面上风向区域的流动变化较为显著。CFD模拟与POD分析的结果相符合,两者相结合可用于分析双矩形断面的涡振现象。     

燃料电池车用离心压缩机窄带啸叫噪声实验测试与分析

以某燃料电池车用离心压缩机为研究对象,测试并分析其在不同工况下的气动性能及气动噪声。试验结果表明:当离心压缩机工作在高效率的额定工况区时,进口处气动噪声最小,总声压级峰值出现在轻度喘振线附近;额定工况和阻塞工况的主要噪声源为旋转基频噪声;轻度喘振工况的主要噪声源为窄带啸叫噪声,其频率约为转频的3.9倍;深度喘振工况时550~2 000 Hz的宽频噪声明显上升;叶片通过频率噪声与流量无明显关系,且对总体噪声贡献量不大。应用商业软件CFX对轻度喘振工况下离心压缩机窄带啸叫噪声的产生机理进行分析。仿真结果表明:当离心压缩机流量低于额定流量时,进口冲角增大,导致主叶片、分流叶片前缘及扩压器内靠近轮罩面出现严重的二次流,叶片前缘和扩压器的同时失速是造成轻度喘振工况下窄带啸叫噪声的主要原因。     

硝基胍连续喷雾干燥数值模拟研究

在对喷雾干燥塔内流动特点认识的基础上,采用较为成熟的计算流体力学（CFD）模型及算法,建立适用于硝基胍物料喷雾干燥的应用模型。利用Gambit软件对几何模型进行网格划分,导入Fluent中进行数值计算,预测塔内流场分布情况、液滴含水率及颗粒平均粒径等。通过测试样机干燥产品的含水率、产品粒度分布及场内温度分布等发现,预测结果与实验结果大致吻合,说明模拟结果有一定的准确度和可靠性。     

Fragility analysis of curtain walls based on wind-borne debris considering wind environment

Increasing attention has been attached to the risk assessment and fragility analysis of envelopes of high-rise buildings subjected to the impact of wind-borne debris in hurricanes or typhoons. A probabilistic model of wind-borne debris is proposed in the present paper for risk assessment and fragility analysis of high-building curtain walls based on the numerical solution of three-dimensional flight trajectories of debris and the computational fluid dynamics simulation of local wind environment in a residential area. The influence of sources of randomness in the generation of debris, such as generated location, size, and initial attack angle, as well as local wind environment, on the location of debris impacting on the building curtain wall and the impact damage effect, are considered in the proposed model. The evolution of the probability characteristics of debris is driven by its physical flying behavior in the local wind environment, and the failure probability of each piece of glass of building curtain walls impacted by debris can be determined. Furthermore, a numerical algorithm is given for the fragility analysis under different incoming wind speeds, which can be used to determine the vulnerability and the fragility curve. Finally, two numerical examples for application to residential areas are provided. Results show that the proposed model can provide evaluation and prediction for wind disaster risk and fragility of high-rise buildings in urban areas.     

基于CFD的新型风幕控尘装置的模拟研究及其应用

针对传统风幕控尘装置设备多、空间小、掘进机移动不便等诸多不足之处,⌒进行了优化设计。为确保新型风幕控尘装置的实际应用效果,指导现场防尘系统设计,确定抽出式风机风筒安设位置,依(山西某矿掘进巷道工作面1:1建立了物理几何模型,并利用计算流体动力学(CFD)进行模拟。根(湍流模型特性及流体运动特点,选取拉格朗日法离散相模型对掘进巷道粉尘浓度分布进行了模拟分析并进行现场实践。结果显示,所选物理几何模型参数设置合理,拟合精度达到预测要求;加装新型风幕控尘装置前后,粉尘浓度下降对比明显;距底板2.1 m处安设抽出式风机风筒时,系统降尘效果显著。     

厨房通风的数值模拟

利用CFD技术对厨房的几种不同布局的通风方式进行了数值计算。对于不同的布局及通风方式引起的室内速度场分布进行了对比分析,提供家庭厨房的相对理想的通风方案。对不同布局厨房通风效果的比较,也为厨房布局设计提供了指导。