不可压缩流中二元机翼运动的Hopf分岔

机翼的颤振是一种典型的自激振动,它是由气动力、弹性力和惯性力的相互作用引起的一种气动弹性现象.本文研究了具有结构非线性刚度恢复力的机翼颤振的Hopf分岔问题.首先,利用连续时间的Hopf分岔显式临界准则分析了机翼颤振Hopf分岔的存在性,推导了第一李雅普诺夫系数的通项公式,为判定机翼Hopf分岔的稳定性提供了依据.其次,分析了机翼颤振退化的余维二Hopf分岔的存在性条件,得到了满足条件的双参数分岔区域.然后,推导了第二李雅普诺夫系数的通项公式并结合中心流形降阶原理和同构变换进一步分析了余维二Hopf分岔的稳定性以及其局部开折问题.最后,通过推导第三李雅普诺夫系数分析了余维三Hopf分岔中心的稳定性.     

翼型低速动态气动特性的实验技术研究

飞行器超过失速迎角后,其动态失速气动特性与静态气动特性迥然不同。为了分析飞行器失速后的非定常气动特性,文中设计了一种翼型低速动态测压实验方法,通过改变翼型的振幅和振动频率,研究了翼型俯仰、沉浮振动的非定常气动特性,分析了各种因素对动态失速特性的影响。俯仰运动时,翼型升力随振动频率的增加而增大,失速延迟。在沉浮运动中,当频率较小时,翼型的升力和失速迎角受振幅的影响较为明显。     

Tests and Numerical Simulation of Aerodynamic Characteristics of Airfoils for General Aviation Applications

本文采用不同的方法验证了相对厚度对机翼气动特性的影响。首先进行机翼风洞试验;然后用数值仿真的方法进行计算,进一步验证了数值方法能够有效的用来评价机翼的气动特性;还将试验结果用经验公式校核,证实了其有效性。这些方法得到的结果一致证实产生升力的因素不是单纯的相对厚度,而是迎角、翼型相对弯度以及中弧线。在迎角为零时,由于零升力主要由机翼中弧线决定,相对厚度对升力几乎没有影响。在此研究基础上,可以改变外界环境条件（如含尘大气或湿空气环境）,用数值仿真来评定不同环境中机翼的气动特性。     

风力机翼型摩擦阻力数值计算中不同湍流模型的比较研究

为了提高风力机翼型特性模拟的准确性,采用数值求解N-S方程的方法,对NACA0015翼型的气动性能进行了数值模拟.考虑不同湍流模型、不同的计算格式、不同近壁面处理方法对风力机翼型特性模拟有着不同影响,数值模拟中应用3种不同湍流模型和3种不同的计算格式,同时配合6种不同近壁面处理方法,并将计算结果与实验结果进行对比。结果表明,在边界层内布置合适的网格点,采用k-ωSST湍流模型数值模拟,可使NACA0015翼型阻力系数的计算精度明显提高。     

导流式翼缝控制多段翼型流动分离的数值研究

为改善叶片失速特性,以具有圆弧形缝道的两段式NACA0021翼型为基础研究模型,设计一种导流式翼缝(Flow-deflecting Gap,FDG),研究在不同的导叶设计参数与不同雷诺数下导流式翼缝在多段翼型被动流动控制中的效果。研究发现:导流式翼缝可在一定攻角范围内抑制甚至消除分离涡的生成及发展;当前翼缝宽度为0.03c,后翼缝宽度为0.01c时,最大升力系数可提升5.33%,失速攻角增大2°,出现较大尺度分离涡的攻角增大2°,升力波动载荷大幅降低;在不同雷诺数下,FDG翼型的最大升力系数均有不同程度提升,失速特性均有不同程度改善,升力波动载荷均大幅降低。     

前缘改形对风力机翼型气动性能影响的数值研究

基于翼型参数化方法对翼型S809进行4类不同的前缘修改,分别为前缘压力面加厚、前缘吸力面加厚、前缘上弯和前缘下弯,采用翼型设计分析软件Xfoil和商用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件FLUENT分别对翼型气动参数和翼型周围流场进行计算。结果表明:翼型气动特性与流场特性受翼型压力面外形变化影响较小;在研究范围内,翼型吸力面加厚使得翼型在失速区升力系数增加,阻力系数减小;翼型前缘上弯使得翼型在大攻角工况下升力系数减小,阻力系数增大,且使翼型提前失速;在一定范围内翼型前缘下弯,使得翼型升力系数增大,阻力系数减小,且延迟失速。     

Improved roughness model for turbulent flow in 2D viscous‐inviscid panel methods

The present study presents a modified expression for the turbulent skin friction coefficient ( C _f ) in 2D viscous‐inviscid panel methods. The modified C _f expression includes surface roughness effects and is therefore believed to be an improvement to the modelling of leading edge roughness (LER) effects on airfoils. The basis for the study is the two‐equation viscous formulation used in 2D viscous‐inviscid panel methods, where the standard integral momentum and kinetic energy shape parameter equations are solved together with a number of turbulent closures. One of the closures relates the skin friction coefficient with the shape parameter and the momentum thickness Reynolds number. The relation is derived from Coles' law of the wake, which reasonably accurately describes any 2D turbulent boundary layer velocity profile. This is used to derive a new C _f ‐expression with the Prandtl‐Schlichting sand grain roughness effect included, which is implemented in the Q³UIC code. Simulations on a NACA63‐418 profile with sand grain roughness on the forward part are compared with measurements and show an improved agreement with the measurements.     

垂直轴风力机两种翼型气动性能比较研究

叶片是风力机最重要的组成部分,在不同的风能资源情况下,翼型的选择对垂直轴风力机气动特性有着重要的影响。文章分别以NACA0018翼型(对称翼型)和NACA4418翼型(非对称翼型)建立3叶片H型垂直轴风力机二维仿真模型。应用数值模拟的研究方法,从功率系数、单个叶片切向力系数等方面比较两种风力机模型在不同叶尖速比下的气动特性,并采用风洞实验数据验证了流场计算的准确性。CFD计算结果表明:在低叶尖速比下,NACA4418翼型风力机气动特性优于NACA0018翼型风力机,适用于低风速区域;在高叶尖速比下,NACA0018翼型风力机气动特性较好,适用于高风速地区。而且在高叶尖速比时,NACA0018翼型在上风区时,切向力系数平均值要高于NACA4418翼型,在下风区时,NACA418翼型切向力系数平均值高。该研究可为小型垂直轴风力机翼型的选择提供参考。     

振荡翼型气动及其噪声特性的数值研究

针对低雷诺数下翼型的非定常气动噪声特性,采用计算流体力学(CFD)与Lighthill声类比相结合的方法,分别对俯仰、平振以及俯仰与平振耦合运动的翼型进行了分析,通过自定义程序控制翼型的运动规律,并对其流场及诱导的声场特性进行了数值仿真.结果表明:随着折合频率、振幅的增加,翼型表面升力系数的峰值增大,非定常迟滞效应增强;耦合运动的相位差改变了气动力的响应特性;对于振荡翼型激发的噪声,低频下单极子声源占主要地位;随着声源频率的增大,远场声压指向性逐渐体现出偶极子声源的特性.     

基于深度学习的翼型气动弹片流场参数预测

弹片是解决翼型流动分离的重要技术手段,合理的弹片参数对翼型表面压力分布尤为重要。基于数据驱动的深度学习方法与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)相结合,可快速有效地完成对复杂流场特征的识别与提取。本文提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的翼型表面压力分布预测方法,通过提取流场的尾流速度、压力等流动特征构建翼型表面压力分布的预测模型。首先,通过数值模拟计算了8种不同抬起角度的NACA 0012弹片翼型的流场;其次,采用提取的流场数据建立CNN预测模型;最后,将预测值和CFD计算值进行对比。结果表明：基于CNN的预测模型对翼型表面压力系数分布有较高的预测精度,其中尾流速度模型在弹片抬起角度为15°时的预测均方根误差仅为0.1,说明尾流速度中包含丰富的流场信息。