飞机结冰是严重影响飞行安全的潜在危险因素之一。本文针对飞机结冰问题提出了保障结冰条件下飞行安全的等离子体冰形调控方法,开展了基于等离子防除冰冰形调控的冰风洞试验,进行了冰形调控规律的探索,并在无人机上对冰形调控方法进行了验证。结果表明,等离子体冰形调控可按照设计的布局防止结冰从而获得所预期的调制冰形;单个冰形宽度与弦长比即无量纲冰形尺寸(d/c)和单个冰形宽度与单个无冰间隙宽度比即无量纲调控比例(d/l)决定了调控效果;对于固定的无量纲调控比例,无量纲冰形尺寸比值在0.1~0.2之间时获得最佳的升力系数;无量纲调控比越低,机翼升力系数越高。在无人机飞行测试中,通过前缘冰形调制策略提高飞行气动性能的验证,结果表明相比于机翼前缘全结冰,前缘冰形调制后,失速迎角延迟4°,在大迎角下的升力系数普遍恢复了20%~30%......

等离子体激励气动力学是研究等离子体激励与流动相互作用下,绕流物体受力和流动特性以及管道内部流动规律的科学,属于空气动力学、气体动力学与等离子体动力学交叉前沿领域.等离子体激励是等离子体在电磁场力作用下运动或气体放电产生的压力、温度、物性变化,对气流施加的一种可控扰动.局域、非定常等离子体激励作用下,气流运动状态会发生显著变化,进而实现气动性能的提升.国际上对介质阻挡放电等离子体激励、等离子体合成射流激励及其调控附面层、分离流动、含激波流动等开展了大量研究.等离子体激励调控气流呈现显著的频率耦合效应,等离子体冲击流动控制是提升调控效果的重要途径.发展高效能等离子体激励方法,通过等离子体激励与气流耦合,激发和利用气流不稳定性,揭示耦合机理、提升调控效果,是等离子体激励气动力学未来......

针对前掠翼静气动弹性发散问题,基于等离子体流动控制与流固双向静力耦合技术,通过求解三维定常可压N-S方程与结构静力平衡方程,在亚声速条件下施加等离子体激励和不施加激励时对其进行对比仿真研究。前掠翼选用NACA0015翼型,等离子体流动控制采用唯象学模型,施加在机翼上表面前缘。研究结果表明在前掠翼外侧上表面前缘施加等离子体激励后,激励区附近局部来流经激励受到电场力做功,总能量增加,动能与压力势能分别有不同程度的增大,外在表现为上表面局部流速加快,压力增大,升力有一定损失,下表面压力基本不变,在机翼前缘外侧靠近翼尖处产生低头力矩,可控制前掠翼弹性变形,有效抑制其气弹发散,且随着激励强度的增加,抑制作用逐渐增强。研究结果可为变前掠翼飞行器的气动弹性设计和机翼的流动控制等提供参考。

分析了现代电子商务快速发展的背后物流行业面临的难题,提出可以采用货运无人机作为解决方案。以某单发货运无人机为载体,进行气动布局方案设计,分对几种同量级飞机常用气动布局作为货运飞机布局方案为主要研究对象。通过计算和仿真,从重量和气动效率两个方面对方案进行成本分析,最后得出一种低成本货运无人机气动布局方案。

为进一步提高低反力度压气机的稳定工作范围,以某三级低反力度高负荷压气机首级跨声速转子为研究对象,借助三维数值模拟方法,进行了叶顶喷气扩稳研究,分析讨论了叶顶喷气提升低反力度压气机转子稳定性的机理,并探讨了不同喷气轴向位置对扩稳效果及气动性能的影响。结果表明叶顶喷气通过削弱叶顶泄漏涡和通道激波的相互作用,抑制了转子近失速工况下泄漏涡的破碎,消除了叶顶通道的大面积堵塞,拓宽了转子的稳定工作边界;随着喷嘴的位置从叶顶前缘处沿轴向上游移动,转子的失速裕度提升量呈现出先增大后减小的趋势,综合扩稳效果和对压气机总性能参数的影响,最佳喷气轴向位置为叶顶前缘上游转子5%叶顶轴向弦长处;叶顶喷气改变了转子气动参数的径向分布,降低了转子上15%叶高范围内的负荷,同时也使得其它叶高区域的负荷提升。

针对复杂地形低风速条件下,风力发电机叶片所受阻力增大导致气动性能降低等问题,以2.5 MW低风速风机叶片为研究对象,结合凸包非光滑表面减阻理论,对非光滑叶片减阻特性进行了研究。首先,定义了变异凸包的结构参数,确定了凸包模型的尺寸阈值,设计了4因素4水平的正交试验,得到了16组不同形状的变异凸包单元;其次,基于低风速工况分析,将变异凸包非光滑表面结构布置于叶片尾翼,利用Fluent软件对不同低风速工况下变异凸包非光滑叶片的减阻性能进行了数值仿真分析,对不同凸包结构参数对非光滑叶片减阻特性的影响进行了研究;最后,对变异凸包非光滑表面减阻的效果与作用机理进行了研究。研究结果表明低风速条件下非光滑叶片最大减阻率为5.89%,影响叶片减阻性能的凸包主次参数为底面半径R、高度H、排列间隔D、顶点偏移距离L;变异凸包非光滑表......

中国海上长江口以北、内陆中东南部地区风资源较为匮乏,年均风速低,提高低风速风电场经济效益是风力发电技术重点研究方向之一。文章阐明了低风速风电项目投资的必要条件和风资源特征,明确了低风速风力发电机组的设计目标和运行特征,具体定义了一款低风速风电叶片设计目标,并通过叶片优化设计实现了风力机年发电量的最大化。优化设计的叶片满足《低风速风力发电机组选型导则》要求。通过对在役叶片进行优化,发电量提升了0.6%~1.03%,证明文章所述优化设计方法具备工程化应用价值。

针对攻击舰艇的反舰导弹设计了一种复合干扰火箭弹,对雷达、红外以及雷达/红外复合制导的反舰导弹进行干扰,实现舰艇的自我防御。根据战技指标要求设计了干扰弹的外形结构,仿真分析了不同结构外形对气动特性的影响,用正交试验法选出了最优的结构方案,验证了设计的干扰弹弹道满足弹道要求。

以分布式动力垂直起降(VTOL)飞行器起降时的复杂流场研究为背景,对低雷诺数条件下来流湍流度/湍流梯度对翼型的气动特性影响进行了研究。采用C型结构网格及γ-[AKR~]eθt转捩模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程的方法,对NACA0012翼型在不同湍流度/雷诺数下的气动特性进行了研究,并与实验值进行对比,验证了计算方法的可靠性。研究了不同湍流度、雷诺数及湍流度梯度对翼型气动特性的影响,分析了其对翼型绕流转捩过程产生影响的机理。研究表明,处于较高湍流度或雷诺数的翼型绕流流动特征更加稳定,分离泡尺度更小,流动分离有所推迟,失速迎角更大,但是二者对转捩提前作用的机理不同;湍流度梯度对翼型的气动影响受到雷诺数及湍流度大小的限制,处于较高湍流度梯度的翼型绕流在流动分离、转捩及再附方面均得到了提前;层流分离泡的产生......

为寻求一种具有良好稳定性和气动效率的翼型,进而提高潜艇指挥台围壳和尾翼的稳定性和气动性能,受到座头鲸和猫头鹰独特翼型结构的启发,首先设计两类锯齿状仿生翼型,通过数值求解非定常NavierStokes方程,揭示相同雷诺数条件和相同攻角下不同锯齿尺寸的仿生锯齿翼型的气动特性与流场特性,并与NACA0012翼型性能进行比较。研究结果表明,升阻比有所提高,流场品质有所提升,有利于气动效率的提高,为潜艇性能提升打下良好基础。