电磁力作用下绕流减阻与优化控制

电介质溶液中,电磁场产生的Lorentz力可以控制流体的运动。将其用于钝体绕流时,可以减少阻力、抑制分离和消除涡街。为了使这种控制更加经济和有效,电磁场的强度即控制强度,应当是优化的,随流场实时调正的。基于优化控制理论,以圆柱绕流的电磁优化控制为例,推导了流场电磁控制的性能指标表达式和协态方程,并对雷诺数Re为200流场的非线性优化控制问题进行了数值研究,流场的基本方程为指数极坐标中考虑场力的Navier-Stokes方程,计算采用交替方向隐式格式和快速傅里叶变换格式。得到了优化电磁场强度的变化规律,讨论了该优化控制下,流场和圆柱表面阻力和升力的变化过程。研究结果表明,通过优化控制,可以达到减少阻力、抑制分离和消除涡街及涡生振荡的目的。     

电磁力的消涡与减阻

物体在流体中运动时全受到阻力。当Re足够大时，尾部还会产生Karman涡街，本文通过数值仿真。讨论电磁力对弱电介质流体的开放或闭合式控制，以及消除涡街。降低阻力的可能性。     

剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性的数值研究

为研究剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性,采用Mixture多相流模型、Schnerr and Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,对水下剪切来流中的超空泡射弹进行数值模拟研究,来流平均速度为600 m/s,剪切率为0～7 500 s^-1。均匀来流中,包裹射弹的超空泡上下对称,阻力以压差阻力为主,升力系数为0。剪切来流下,超空泡不对称,并向低速侧偏斜,压差阻力略微增加,致使阻力系数增大。由于高速侧绕流更快,低速侧的涡旋产生更显著的卷吸作用,使得射弹受到朝向低速侧法向黏性力的作用,升力系数减小为负值。当剪切率进一步增大时,弹肩高速侧出现沾湿,弹体周围黏度增加,导致阻力系数显著增加,且水压显著大于饱和蒸汽压,压力的法向分量更加剧烈地作用到低速侧方向,升力系数进一步减小。     

小型共轴旋翼自然来流下的抗风扰气动特性分析

针对自然环境中的二级风（1.6~3.3 m/s）和三级风（3.4~5.4 m/s）,对悬停状态的共轴双旋翼进行水平和竖直来流的抗风扰气动性能测试。在建立自然来流影响下的桨叶速度分布模型基础上,采用低速风洞模拟自然环境对共轴双旋翼进行了来流吹风试验。采用滑移网格方法计算旋翼流场,捕捉自然来流环境中流场内部的气动干扰现象,主要包括桨尖压强分布、流线分布和桨尖速度矢量。研究结果表明：所建立的模拟方法能够准确反映自然来流对共轴双旋翼流场气动特性影响;相比无来流状态,受竖直来流影响的共轴旋翼性能下降,而水平来流环境中的共轴旋翼具有较好的抗风扰性能,旋翼性能随着水平来流速度的增大而大幅度提高。     

连续吹喷-抽吸控制方法对圆柱尾流的影响

钝体后方的流动分离会诱发阻力大幅增加、升力上下波动等严重后果,有效控制钝体的流动分离对提升其力学性能至关重要.采用美国TSI公司出厂IFA300恒温热线风速仪,在小型低速风洞中较系统地研究了连续吹喷-抽吸控制方法对圆柱尾流的影响规律.测试结果表明:前缘连续抽吸与后缘连续吹喷联合的方法可大幅削弱圆柱的流动分离,减小尾流区...     

超空泡航行体控制面与主空泡相互作用分析

基于有限体积法,采用均相流模型和流体体积方法开展超空泡航行体在不同空泡流型及不同控制面舵角情况下空化流场数值模拟,研究穿刺空泡情况下超空泡航行体尾部控制面与航行体主空泡之间的相互作用。数值模拟结果表明：航行体主空泡对控制面的影响表现为不同流型下控制面沾湿深度不同,沾湿深度变化量最大可达50%以上,控制面流体动力受沾湿深度影响明显;航行体尾部控制面对主空泡闭合有迟滞作用,主空泡长度平均增量约为3%,控制面存在舵角时将会引起控制面之后的航行体主空泡形态变化,可引起航行体出现不对称沾湿面,且尾部闭合流型受影响最大。因此,超空泡航行体空泡流型设计与控制律设计时应充分考虑控制面与航行体主空泡之间的相互作用。     

圆筒型直线电磁复进机性能与控制特性研究

针对传统液气式复进机易破损漏气、易污染变质、可控性差等问题,提出了一种圆筒型直线电磁复进机。通过对火炮复进过程进行分析,确定了电磁复进机技术要求与关键尺寸参数。设计了圆筒型直线电磁复进机结构,并利用Maxwell软件建立电磁复进机有限元模型,分析了电磁复进机充磁方式和关键尺寸参数对推力特性的影响。建立了电磁复进机数学模型,设计了一种改进型自抗扰控制算法,对火炮复进过程进行控制。仿真结果表明,所设计的圆筒型直线电磁复进机能够满足火炮复进过程需求,改进型自抗扰控制算法实现了火炮复进过程快速准确控制。研究成果为可控式磁阻尼反后坐装置的设计提供了重要理论支撑。     

基于双微楔的高超声速激波与边界层干扰控制研究

高超声速飞行器在流场中通常会伴随激波与边界层干扰(SWBLI),其引发的流动分离将导致进气道性能下降。采用分离涡模型结合有限体积离散方法、自适应网格加密技术,对来流马赫数为7.0流场中SWBLI诱导的流动分离进行数值模拟,并基于边界层流向速度、压力梯度、形状因子、总压损失等参数讨论了不同微楔高度的控制效果,分析双微楔的控制机理。研究结果表明：双微楔产生的两对流向涡对之间的相互诱导促进了各自流向涡对之间的卷吸作用,使得双微楔对分离气泡的消除效果优于单只微楔;流动总压损失系数随着微楔阵列高度的增加呈先减小、后增加的趋势;综合讨论流向涡强度与形状阻力的影响,高度为35%分离气泡厚度的双微楔控制效果最好,分离气泡局部可减小至回流消失,边界层形状因子峰值降低86%,总压损失降低1.9%.     

Lift Enhancement and Oscillatory Suppression of Vortex-induced Vibration in Shear Flow by Loentz Force

The flow of the weak electrolyte solution can be controlled by Lorentz force achieved with the suitable magnetic and electric fields, and it has the advantages of vortex street suppression, drag reduction, lift enhancement and oscillatory suppression for the flow over a bluff body. The electro-magnetic control of vortex-induced vibration (VIV) of a circular cylinder in the shear flow was investigated numerically in the exponential-polar coordinates attached on the moving cylinder for Re=150. With the effect of background vorticity, the vortex street of VIV cylinder was composed of two parallel rows with an opposite sign of the vortices which inclines toward the lower side and the strength of upper vortex is larger than that of lower vortex. The lift force vibrated periodically with the effect of vortex shedding and the mean value was negative due to the background vorticity. The Lorentz force for controlling the VIV cylinder was classified into the field Lorentz force and the wall Lorentz force. The field Lorentz force suppresses the lift oscillation, and in turn, suppresses the VIV, whereas the wall Lorentz force increases the lift.     

超声速流动中底部排气减阻的数值研究

为了研究超声速流动中底部排气减阻特性,采用高精度的AUSMPW+迎风格式、k-ω SST湍流模型、8组分12反应化学动力学模型、二阶矩湍流燃烧模型耦合求解三维带化学反应的Navier-Stokes方程。在数值方法的有效性和可靠性经过验证后,对超声速流动底部排真实气体流场进行了数值模拟。计算结果表明：随着排气参数的增大,底压比将先增大后减小,然后再增大;当排气参数较小时,底压比基本不随排气面积的改变而改变。当排气参数较大时,底压比随着排气面积的增大而增大;在最佳排气减阻区内,提高排气总温对提高底压比是有利的;底部排气中富燃气体含量越高,则二次燃烧越强,有利于提高底压比。研究结果可为底部排气弹工程应用提供参考。     

模糊控制在尾流制导中的应用

常规鱼雷尾流制导方法对于机动目标的打击效果不佳。将模糊控制理论应用于尾流制导弹道设计中,以入尾流角度和尾流方向变化量为输入,通过模糊推理得出针对不同情况下的回旋角速度和回旋角度。同时提出了新的尾流制导控制量,探讨了获得尾流方向要素的方式,增加了导引信息。仿真结果证明,该方法有效降低了鱼雷回旋造成的航程损失,尤其提高了鱼雷对目标机动的适应性,降低了目标机动对尾流追踪的影响。     

孔口倾斜角对合成射流控制翼型流动分离的影响

通过商用计算流体力学软件Fluent 6.1求解Reynolds平均Navier- Stokes方程,研究了孔口倾斜角对合成射流激励器处于NACA0015翼型回流区时（20°攻角）控制分离剪切层的影响。结果表明：在孔口倾斜角为309时,即吹气方向顺流向贴近壁面时,合成射流激励器控制翼型背风区分离剪切层的能力增加,合成射流对翼型的控制达到最佳效果;升力系数较垂直射流控制时增加5%,而阻力系数降低15%．通过对翼型气动力特性、脱落漩涡结构以及射流孔口附近流动结构的分析,揭示了小的孔口倾斜角下控制效果提升的内在机制。     

电磁力减振过渡过程的机理研究

电介质溶液中,电磁场产生的电磁力可以控制流体的运动。将其用于钝体绕流时,可以抑制分离和消除涡街,从而达到减振的目的。为了研究电磁力减振的过渡过程,将指数极坐标系建立在运动的圆柱上,推导了运动坐标中,基于涡生振荡并考虑电磁力的涡量-流函数守恒方程及其初始和边界条件,圆柱表面的水动力表达式以及圆柱振荡方程。对圆柱从静止开始振荡,到发展为稳定振荡状态,然后又在电磁力作用下衰减,直至成为新的稳定态发展过程进行了计算和讨论,描述了圆柱振荡、脱体涡街和能量传递的发展过程,以及升阻力相图的连续变形和漂移。结果表明：圆柱振动的诱因在于流动分离产生的尾涡诱导的升力周期变化;圆柱表面附近分布的切向电磁力可以有效改变边界层附近流体的流动,抑制流动分离,从而使流场趋于对称,消除升力的周期振动,最终抑制圆柱的振动甚至在电磁力较大时可以消除振动。     

由试验推算燃气流冲击力

通过测量火箭弹发射状态下,发射装置受燃气流动的冲击时支腿和俯仰油缸的受力变化,运用支腿受力计算公式计算在某一设定的燃气流冲击力作用下支腿的受力值,与试验值相比较,如果两者差值在规定的精度范围内,则认为该设定的燃气流冲力,即为作用到发射装置上的燃气流冲击力;运用能量守恒原理,利用测得的俯仰油缸冲击力增量,导出俯仰系统的扰动角速度,进而推算出燃气流的冲击力。     

空心弹的阻力特性与气动外形数值分析

为了得到具有最小阻力系数的空心弹外形,基于雷诺平均方程以及二阶AUSM 格式,对不同空心弹气动外形的二维流场以及气动力进行了数值计算,得到了不同外形条件下空心弹的内外流场特性,以及阻力系数变化曲线与最小阻力系数的空心弹气动外形。另外,分别对具有最小阻力系数的空心弹与常规空心弹的超声速流场进行了数值模拟,对比分析了二者流场结构的异同,数值验证了具有最小阻力系数弹型的减阻效果,可为相关研究提供参考。     

舰船尾流及其气泡数密度分布的数值计算

以舰船尾流为水下武器平台的探测对象,研究尾流气泡数密度(BND)分布.采用改进后的雷诺平均Navier-Stokes流动模型和气泡输运理论,建立数值计算模型对尾流BND分布进行计算,并用实测数据验证计算模型.计算结果表明:在纵向上随着离船距离的增大,尾流宽度成小角度扩散;而尾流的深度增幅较大,船尾后方3 000 m处的...