以某型航空发动机压气机转子为研究对象,考虑叶盘间动静干涉的影响,对压气机叶盘转子内部的三维流场进行了模拟。通过静频试验引入叶片失谐量,基于Kriging模型完成了耦合界面载荷数据的传递,分析了压气机转子叶片表面非定常气动载荷的分布规律,并讨论了失谐和气动载荷对压气机转子叶盘系统振动特性的影响。结果表明:压气机叶片受到的气动载荷为非定常脉动压力,主导频率为动静干涉频率f0的倍频;在干涉周期T内,压力面和吸力面气动载荷的变化呈相反趋势,且压力面气动载荷的非定常性明显大于吸力面气动载荷的非定常性;失谐和气动载荷的作用加剧了叶盘系统的振动。研究结果为压气机叶盘转子系统的动力学设计提供了理论依据。

转静叶排的相互作用会使压气机内部流场存在复杂的非定常性。为深入研究压气机叶片的气动载荷特性,以某型航空发动机压气机为研究对象,考虑叶排间的转静干涉效应,利用滑移网格技术对整个叶盘的三维流场展开模拟,求解干涉周期Tb内压气机转子内部的流动规律。同时对叶片气动载荷的非定常特性进行进一步分析,讨论了不同压比、转速对压气机叶片气动载荷的影响。结果表明叶片压力面和吸力面气动载荷波动峰值的主导频率皆为转静干涉频率f0的倍频,其中一倍频(1×f0)分量占主导地位。在干涉周期Tb内,叶片表面压力涡发生周期性的迁移与耗散,压力面和吸力面气动载荷的变化呈相反趋势。随着压比的增加,压气机叶片气动载荷逐渐增大,但其脉动幅值和频谱峰值基本不变。转速的升高使得转静干涉的频率增大,增强了压气机叶片气动载荷的非定常特性...

提出了一种网格向量法用于计算飞机气动载荷,此方法以风洞测压数据为基础,网格化部件外形,使用网格点构造基础向量,采用空间向量法求解网格气动载荷的几何要素(如作用点、面积、单位法失、力臂及夹角等),进而获取飞机部件的总载荷及分布载荷。批量飞行载荷分析时,采用网格向量法先求得力与力矩系数的基础数据库,然后通过插值以获取批量计算工况下的载荷结果,计算效率得到显著提高。以某飞机起落架内舱门为例,分析了舱门气动载荷的计算特点,使用所提方法对主起落架内舱门进行了载荷计算分析,方法实施过程及计算结果表明所提方法操作简便、结果准确、普适高效,对飞机非典型翼面类部件的气动载荷求解,具有显著的优越性。

基于三维非定常不可压雷诺时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,采用滑移网格对大风环境下高速列车从静止匀加速到200km/h的非定常气动性能进行模拟。将列车匀速运行的非定常气动力系数的均方根值与风洞试验结果对比,两者规律吻合,幅值差小于10%。结果表明:在15 m/s的横风下,列车匀加速的不同时刻,头、尾车和车辆连接处压力波动明显,当列车运行速度与风速大小相等时,压力波动最大;气动力系数的变化率随车速与风速比值的增大而迅速减小;列车以不同的加速度运行时,相同车速受到的气动载荷相等,但随加速度的增加,侧向力、阻力、倾覆力矩的变化率不断增大,将导致短时间内高速列车气动载荷的变化增大。

为了研究狂风暴雨环境中大型风力机在复杂工况下的流场特性和气动性能,以南京航空航天大学自主研发的5 MW风力机塔架-叶片体系为例,采用计算流体动力学(CFD)技术开展最不利叶片停机位置下考虑6个偏航角(0°、5°、10°、20°、30°和45°)影响的风力机风场模拟,添加离散相模型(DPM)开展风-雨耦合同步迭代计算,对比研究不同偏航角对风力机周围风场和雨场特性的影响规律.建立不同偏航角下的风-雨等效压力系数新模型,给出相应的公式,针对风雨作用下的不同偏航角工况塔架和叶片表面等效压力系数进行系统分析.研究结果表明,附加雨荷载效应对该类风力机叶片迎风面和塔架迎风面两侧各40°区域内压力的影响不容忽视.

针对机翼三维结构拓扑优化方法在工程实际应用中的气动-结构耦合问题,开发了一种在机翼翼型表面直接加载气动载荷的三维拓扑优化方法.用更接近真实工程的约束和载荷条件进行结构拓扑优化,便于考虑不同翼型之间气动载荷的差异,并兼顾拓扑优化方法的载荷敏感性;利用MATLAB编写自动网格划分、施加约束和载荷、求解优化的结构分析程序,实现气动-结构分析统一模型;最后通过实例验证了方法的可行性及有效性.结果表明该方法为载荷敏感的拓扑优化方法更精确得到符合实际工况的优化结果提供了一种实用的方案;并对于气动-结构耦合三维拓扑优化方法进行了原理性的探索研究.

直升机垂直下降状态中包含极为危险的涡环状态.为提高对涡环状态的认识以及掌握其气动载荷、流场变化,并为相应数值模拟及飞行仿真提供试验数据,采用直升机垂直升降试验台以及大视场PIV试验测量系统在Φ5 m立式风洞对Bo-105旋翼模型进行了垂直下降状态的气动载荷以及流场测量.在桨尖马赫数相似的情况下,得到了该旋翼模型在不同总距、不同下降速度情况下的平均拉力和功率变化,以及较大范围的详细流场图像,分析了旋翼模型气动载荷变化现象,并进一步揭示了旋翼模型垂直下降状态下流场的演化发展过程.试验研究表明:旋翼模型垂直下降速度达到8 m/s后,拉力和功率急剧下降,且其各自均方根误差值显著增大;旋翼模型总距越小,对应的旋翼拉力值随垂直下降速度增大而迅速减小,越易进入"涡环状态";桨尖涡结构不稳定的主要内因是形成了"涡对"结构,相...

阻尼网是风洞稳定段中对气流进行整流的重要装置之一，对承受气动载荷的丝网进行强度分析，探索一般的设计计算方法具有重要意义。通过有限元分析法和解析法对平面丝网进行了强度计算，同时对拉网弹性机构进行了设计计算，提出了大型风洞阻尼网的一般设计计算方法，该方法已成功运用于某大型风洞阻尼网的设计。

由于高速列车气动载荷是隧道会车时列车行车安全的重要因素之一而其在实车试验中又难以测量提出采用基于计算流体力学的数值模拟方法.通过空气动力学仿真获取列车的表面压力分布对列车压力和粘性力积分合成得到列车的气动载荷即阻力、侧向力、升力、侧滚力矩、点头力矩和摇头力矩.全面分析了气动载荷的构成和变化特点及其在不同速度下的变化特性.结果表明列车隧道会车时气动载荷主要是由压力构成;列车在隧道会车时气动载荷出现剧烈波动;气动载荷的幅值与速度呈二次函数的变化规律.研究结果可为列车系统动力学分析提供气动载荷依据.

为了研究垂直轴风力机的叶片气动性能利用流固耦合法模拟了垂直轴风力机在实际工况下的气动载荷分析模拟结果表明由于翼型后部较薄受到的变形应力最大.为了避免因叶片变形而引起风力机整体气动性能下降提出了通过加大翼型后部厚度的方案来提高叶片的强度并通过数值模拟对改进后的翼型做了气动性能分析得出了适当的增加翼型后部厚度并不会对翼型气动性能造成太大的影响验证了此方案的有效性.这些研究结论为今后垂直轴风力机的设计制造提供了一定的参考依据.