边界层和压力滞后对翼型动态失速性能的影响

为优化动态失速模型经验常数,提升动态失速发生时翼型气动性能预测精度,该文基于B-L动态失速模型,结合内蒙古工业大学风能太阳能利用技术教育部重点实验室风洞实验数据,探究压力滞后及边界层滞后时间常数对翼型动态失速性能的影响。主要结论如下：压力滞后与边界层滞后时间常数对动态升力系数的影响较大且与平均攻角有关。当平均攻角相对较小且气流处于附着流动与分离流动之间时,适当减小时间常数可使动态失速模型计算结果更接近实验值;当平均攻角相对较大,气流处于分离流动与完全分离流动时,可适当增大时间常数值。压力滞后与边界层滞后时间常数对动态阻力系数的影响不显著。动态升力系数仅在攻角逐渐减小的完全分离流动过程中,随着边界层滞后时间常数的增大而减小。     

NACA0012翼型抖振现象实验研究

通过在风洞侧壁安装动态压力传感器测量侧壁脉动压力的方法针对NACA0012翼型开展了零攻角状态下跨声速抖振特性的实验研究,并测量了翼型沿弦向与展向的压力分布。从时域和频域两个方面分析了脉动压力结果,得到了NACA0012翼型的跨声速抖振起始马赫数和抖振频率等抖振特性。研究结果表明:风洞二维性较好,侧壁区域的压力情况能够反映核心流压力变化情况;抖振发生在实验马赫数Ma_exp = 0.88~0.89范围内;随着马赫数的增大,抖振频率有所增加。     

基于变弯度技术和协同射流的混合流动控制技术研究

现代飞机强调高速巡航特性且兼顾隐身特性,因此翼型往往采用厚度较小,前缘半径不大,弯度不大的薄翼型。这类翼型的低速气动性能较差,容易失速,限制了这类飞机的短距起降特性和载重能力,因此需要借助流动控制技术来改善低速特性。该文讨论新型的协同射流主动流动控制技术,同变弯度技术包括后缘变弯和前缘下垂技术等被动流动控制技术相结合,探索混合流动控制技术的流动控制机理和控制效果。基于数值模拟的结果发现:仅采用单一的流动控制技术在薄翼型上得到的控制效果有限,而将协同射流同变弯度技术结合的混合流动控制技术可同时发挥不同流动控制技术的优点(例如协同射流引起的后缘失速的推迟,下垂前缘带来的前缘失速推迟,后缘襟翼带来的零升迎角减小)。该文提供的混合流动控制方案可以将薄翼型的最大升力系数提升至C_Lmax=3.3127,相对原始构型提升了96%,具有广阔的工程应用前景。     

基于微秒脉冲激励的飞翼模型等离子体流动控制试验研究

为了改善飞翼布局的大迎角气动特性,采用飞翼全模和半模分别在低速和跨声速风洞中开展了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制的试验研究。通过流动显示和测力的试验方法研究了等离子体流动控制的主要作用机制和激励频率与激励电压等对飞翼模型失速特性的影响规律,验证了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制技术从低速到亚声速的有效性,有效的试验最高马赫数Ma达到0.6、雷诺数Re达到3.05×10⁶。试验研究表明：微秒脉冲介质阻挡放电等离子体通过非定常微尺度压缩波扰动的形式作用于翼面流场,通过频率耦合机制减弱模型的前缘分离涡、抑制翼面的流动分离;无量纲频率F⁺是影响等离子体流动控制效果的重要参数;在低速风洞试验风速V=30 m/s时,无量纲频率F⁺=0.35～1.06的控制效果较好,可将模型的最大升力系数提高25%以上、失速迎角推迟4°;在跨声速风洞试验马赫数Ma=0.6时,无量纲频率F⁺=0.22和F⁺=0.44的控制效果较好,可将模型的最大升力系数分别提高4.72%、4.77%,失速迎角分别推...     

旋翼翼型高速风洞动态试验装置研制

为弥补国内在旋翼翼型高速风洞动态试验模拟能力和测试精度方面的不足,基于FL-20连续式跨音速风洞,提出采用双端同步驱动旋翼翼型试验模型的方式,设计了一套高速风洞动态试验装置。该装置依托双天平动态载荷测量结合表面动态压力测量的方式,可提高旋翼翼型动态气动载荷的测量精度。风洞试验结果显示：当旋翼翼型试验模型的俯仰振荡幅值为10°时,其振荡频率可达17 Hz,且试验马赫数为0.6,雷诺数达到5×10⁶,处于国际领先水平。所研制的动态试验装置及其相关测试技术具有较高的可靠性,且试验数据可靠、规律合理,具备了开展高速风洞动态试验的能力,可为旋翼翼型动态失速问题的研究以及真实直升机试验参数的模拟提供重要的技术支撑。     

高湍流度对翼型气动性能影响的试验研究

为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响,以大型风力机翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验法,系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响,获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明：湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变,最大升力系数先升高后降低,在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高;随着湍流度的增大,发生了明显的失速延迟现象,失速攻角持续后移,且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。     

微致动器用于翼面流场主动控制规律研究

面向主动流动控制研发了气泡型微致动器及其阵列技术和MEMS合成射流器技术．对气泡型微致动器参与下的飞行器翼面流场进行了数值模拟,并结合翼型开展了风洞实验,研究了气泡型微致动器对气动性能的影响规律．阐述了微型合成射流器及其微流场特性,研究了合成射流抑制失速、提高升力的机理．结果表明,在翼型上对微致动器进行合理布置,采用适当的控制参数,可以实现对翼面绕流的有益主动控制,达到增加升力、改善失速特性等目的．     

多段翼型地面效应数值研究

本文通过数值求解质量加权平均N—S方程,得到了单段翼型和多段翼型以不同飞行迎角在高空中自由飞行和近地面飞行时的流场,阐明了地面效应对单段翼型和多段翼型气动力特性的影响,并解释了其气动力变化的原因。在地效范围内,多段翼型下翼面压力变化很小,上翼面吸力减少,因而升力降低。     

Microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响

研究了microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响。采用SST湍流模型对RANS方程进行封闭,以NACA0012翼型为对象,用CFD方法计算了在其后缘附近安装microtab后,翼型的跨音速流场。对比分析了在翼型后缘附近的上表面、下表面单独安装和上下表面对称安装microtab后,对翼型跨音速抖振始发特性的影响,并研究了microtab的高度和弦向安装位置对跨音速抖振边界的控制作用。结果表明：在翼型后缘附近的上表面加装microtab能够提高抖振始发攻角,并且随着microtab高度的增加,抖振始发攻角有增大的趋势。在翼型后缘附近的下表面加装microtab能够提高抖振始发时的升力系数,且抖振始发时的升力系数随着microtab高度的增加而增大。microtab的弦向安装位置的变化对于抖振始发攻角影响较小,但是对抖振始发时的升力系数有明显的影响。         

高层建筑横风向动力干扰效应的试验研究

在TJ-1风洞中采用高频动态天平技术对两个形状相同的方形截面高层建筑模型间的横风向动力干扰效应进行了风洞实验研究。同时,对主模型采用气动弹性模型,在相同的配置下进行了实验。两种实验方法所得的结果比较一致。最后应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广,给出了横风向动力干扰因子的等值线图,可供规范参考。     

风力机翼型在复合运动下的动态失速数值分析

现代大型风力机在工作时叶片经历大变形与振动,将会对其周围的动态流场产生影响,从而导致气动力的改变。因此有必要深入研究风力机翼型在复合运动情况下的动态失速气动特性,以正确预测大型风力机运行时的载荷。该文应用计算流体力学方法,对S809翼型在不同运动形式下的动态失速特性进行了二维数值分析。首先对翼型在作俯仰运动下的轻失速和深失速情况分别结合S-A、SST k-ω和RSM三种湍流模型进行了动态失速数值模拟,结果表明S-A、SST k-ω和RSM三种湍流模型都能有效地计算出翼型的气动力。然后采用SST k-ω模型仿真了翼型在挥舞运动、俯仰摆振耦合运动下的动态失速气动特性,并与相同工况条件下翼型作俯仰运动时的气动特性进行了对比分析。发现翼型在挥舞运动下的动态失速虽然弱于俯仰运动,但其强度不容忽视;而翼型在作俯仰与摆振耦合运动时比单纯作俯仰运动时的失速程度更深。因此在风力机设计阶段为获得保守的气动载荷预测,有必要将叶片截面在挥舞与摆振方向的运动转换成等效攻角,叠加在主攻角上进行动态失速气动力计算。     

新型斜拉桥与摩天轮复合结构流场数值模拟与风洞试验研究

为研究天津慈海桥的压强分布系数,建立了新型斜拉桥与摩天轮复合结构有限元模型,采用了RANS的RNGk-ε模型作为慈海桥进行数值分析的湍流模型,采用非平衡壁面函数模拟壁面附近复杂的流动现象。运用数值风洞法对斜拉桥部分周围流场进行数值模拟,得到斜拉桥周围流场的速度分布和斜拉桥表面的压强系数。通过风洞试验进行测量,介绍了风洞试验的风洞和试验模型,得出了32个测点不同方向的压强系数。把其中具有代表性的测点数值风洞理论值与风洞试验结果进行比较分析,结果对比说明:理论与试验数据一致,所得到的压强分布系数可以用于工程实际。同时证明该文所采用的数值模拟方法来预测斜拉桥表面的平均压强分布情况可以推广应用。     

微椭圆形截面斜拉索临界雷诺数区气动特性试验研究

为了研究微椭圆形截面斜拉索临界雷诺数区的气动特性,以标准圆形截面斜拉索模型和微椭圆形截面斜拉索模型为研究对象,开展了考虑截面变形和风攻角变化的风洞试验,得到了不同情况下雷诺数对模型气动力系数的影响规律,同时通过对升力时程和升力频谱分析,得到了临界雷诺数及附近区域的标准圆形截面和微椭圆形截面模型尾流旋涡脱落的变化。结果表明:微椭圆形截面模型在雷诺数亚临界区时,升力系数基本不受雷诺数的影响;在临界区时,升力系数随雷诺数逐渐增大;风攻角0°~50°时,微椭圆形截面模型升力系数最大值对应的雷诺数随风攻角同步增大;微椭圆形截面模型的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡中会出现双稳态现象;微椭圆形截面变形会影响斜拉索尾流区旋涡脱落情况,进而影响不同雷诺数下的St数值变化。     

波浪形圆柱的气动力特性试验研究

斜拉索的风荷载和风致振动问题突出,探索能够减阻抑振的新型斜拉索意义重大。研究表明,波浪形圆柱在Re=10~3~10~4有减阻抑振效果,而真实斜拉索的雷诺数通常在10~5量级,有必要研究波浪形圆柱在高雷诺数下的气动性能。以特定几何参数的波浪形圆柱为研究对象,通过风洞试验方法,研究了波浪形圆柱在Re=1.4×10⁵~4.0×10⁵的气动力变化规律。研究结果表明:与等截面圆柱相比,波浪形圆柱的整体阻力系数更大,当Re=1.4×10⁵~3.6×10⁵约大4%~8%,当Re=3.6×10⁵~4.0×10⁵约大47%;在临界区,波浪形圆柱的阻力系数没有出现从预临界区(TrBL0)至单分离泡区(TrBL1)转变过程中的阻力大幅下降的现象,而是随着雷诺数的增大,呈稳定不变的趋势;整体升力系数在整个试验雷诺数范围内始终约为0;展向不同位置的阻力系数、升力系数和风压分布随雷诺数的变化规律表现出差异性,这主要是由于波浪形圆柱的三维几何特性导致的。     

直径30cm圆柱的气动力参数和绕流特性研究

为研究光滑圆柱的气动力系数和绕流特性,在均匀流中进行不同风速下的测压风洞试验,试验获得了阻力系数、升力系数、表面风压分布、风压相关性系数、斯托罗哈数等随雷诺数的变化特征,并将试验结果与以往结果进行比较。研究表明:升力系数的脉动值大于阻力系数的脉动值,说明涡脱造成的横风向激励比顺风向紊流激励剧烈;雷诺数位于临界区域时,圆柱表面风压分布呈现出对称-不对称-对称的变化过程,反映了由层流分离转化为湍流分离的全过程;在雷诺数为352000时呈现一侧为层流分离、另一侧为湍流分离的临界流态,风压呈现出左右不对称的单边泡形式;获得层流分离和湍流分离时的表面风压相关性分布特征,层流分离时圆柱同一侧的风压测点均呈较强的正相关,而湍流分离时在分离点前的区域相关性较强,分离点之后的区域相关性较弱;层流分离的升力系数谱有显著的峰值,表明尾流是规则的漩涡脱落,而湍流分离的升力系数谱没有明显峰值,表明尾流是随机的漩涡脱落。