气动热风洞实验是地面研究和预测飞行器气动热环境的重要手段之一,但由于风洞实验模拟能力的限制,风洞实验的流场参数和模型的几何尺度都会与实际飞行情况存在一定的差别,导致地面风洞实验中得到的模型表面气动加热率数据无法直接用于飞行条件下的热环境预测和热防护设计.以往通过针对具体飞行器的试验结果进行数据拟合后外插的气动热关联换算方法指向性较强,没有考虑到气动热的具体影响参数,存在一定局限性,难以外推应用于其他外形的飞行器.为解决通过气动热风洞实验数据外推预测飞行条件下气动热的技术难题,基于无量纲NS方程和边界层理论分析研究了影响气动热的主要参数,并通过推导化简边界层近似解热流公式,针对层流流态建立了气动热关联换算方法,可以考虑当地边界层外缘参数的影响,具有一定通用性.在此基础上,利用建立的...

方形截面柱体的圆角化处理是常用的流动控制方法,但其流场作用机理尚未被澄清.采用大涡模拟方法,在雷诺数为2.2×104时,考虑风攻角的影响,对均匀流作用下的标准方柱和圆角方柱的气动性能和流场特性进行了研究,定量分析了圆角化气动措施和风攻角变化对分离泡特性的影响规律,从流场角度澄清了圆角化气动措施对方柱气动性能的影响机理.研究表明:与标准方柱相比,圆角方柱的表面风压、气动力和涡脱强度呈整体下降的趋势,但圆角方柱的斯特劳哈尔数更高;圆角方柱的"分离泡流态"发生在更小的风攻角范围内,分离泡的出现会进一步造成方柱的尾流变窄,涡脱强度减弱;随着风攻角的增大,分离泡的长度会逐渐减小直至消失,分离泡的中心会逐渐向方柱前角(迎风向)和方柱壁面移动;与标准方柱相比,圆角方柱的气流发生初次分离的位置向下游移动,分离后的...

在适体同位网格中采用非正交曲线坐标系下的三维κ-ε-κp，固液两相双流体湍流模型研究弯道内水流和悬浮泥沙运动，主要计算了试验室S型水槽内清水流动的三维流场、120°弯道内水沙两相流动中底沙与底流的运动轨迹以及S型水槽内水沙两相流动的两相流场和泥沙浓度场。对于S型水槽内清水流动，数值结果与试验结果吻合良好。120°弯道内水沙两相流动中固液两相的运动轨迹在弯道直线段基本重合，在弯道内泥沙轨迹逐步偏离水体轨迹，其偏离程度随泥沙粒径增大而增大。从S型水槽内水沙两相流动计算结果中发现泥沙纵向流速在壁面附近比水流纵向速度大，在远离壁面区域比水流纵向速度小；弯道内泥沙横向流速比水流横向流速小；垂向流速在直线段和泥沙沉速相当，在弯道内受螺旋水流影响而变化；两相流速差别随泥沙粒径增大而变大；泥沙...

针对低雷诺数微型飞行器的气动布局,设计出类似雨燕翅膀的一组具有不同前缘钝度的中等后掠(Λ=50°)仿生三角翼.为了定量对比研究三角翼后缘收缩产生的气动效应,设计了一组具有同等后掠的普通三角翼.为了深入研究仿生三角翼布局的前缘涡演化特性以及总体气动特性,采用数值模拟方法详细地探索了低雷诺数(Re=1.58×104)流动条件下前缘涡涡流结构和气动力随迎角的变化规律.分析结果表明,前缘钝度和后缘收缩对仿生三角翼前缘涡的涡流强度和涡破裂位置有显著影响.相对于钝前缘来说,尖前缘使仿生三角翼上下表面的压力差增大,涡流强度也更大,增升作用也更显著.相对于普通三角翼构型,仿生三角翼的前缘斜切使其阻力更大,但后缘的收缩使涡破裂位置固定在此位置,因此整个上翼面保持低压,总的升力更大.由于小迎角时升力增大更明显,因此仿生三角翼...

多可信度代理模型已经成为提高基于代理模型的优化算法效率和可信度水平最有效的手段之一.然而目前流行的co-Kriging和分层Kriging(HK)等多可信度代理模型泛化能力不足,缺乏对高阶/高非线性建模问题的适应性,难以广泛应用.文章基于发展的自适应多可信度多项式混沌-Kriging(MF-PCK)代理模型,在提高建模效率和对高阶/高非线性问题近似准确率的同时,建立了基于该自适应MF-PCK模型的高效全局气动优化方法.在发展的方法中,提出了基于MF-PCK模型的新型变可信度期望改进加点方法,使代理优化算法效率进一步提高.为了验证发展方法的全面表现,将其应用在经典的数值函数算例以及多个跨音速气动外形的确定性优化和稳健优化设计中,并与基于Kriging和HK模型的代理优化算法进行了全面比较.结果表明,发展的新型多可信度全局气动优化方法其优化效率相对于基于Krigin...

针对不同气体模型对高超声速飞行器喷流反作用控制系统(RCS)热喷干扰流场模拟的计算效率和准确性问题,基于喷流燃气物理化学模型,通过数值求解含化学反应源项的三维N-S方程,建立了飞行器RCS热喷干扰流场数值模拟方法,分别采用化学反应流、反应冻结流、二元异质流以及空气喷流四种气体模型开展了典型外形热喷干扰流场的数值模拟,研究了不同气体模型对热喷干扰流场结构、飞行器气动力热特性的影响,分析了不同马赫数、飞行高度下的变化规律.研究表明化学反应流模型计算精度较高,计算与风洞试验数据的吻合程度优于其他三种简化模型;在本文的低空条件下,采用简化模型进行热喷干扰流场数值模拟,会低估分离区大小,使飞行器气动力特性预测出现偏差,同时也会低估表面热环境,对防热系统设计不利,随着马赫数增加,简化模型对气动力热特性预...

气动外形优化设计与飞行器性能分析中,直接运用数值模拟或风洞实验获取气动力的成本高,构建代理模型是提高外形优化和性能分析效率的重要途径.然而,构建模型的过程中,研究者只关注积分后的气动力和力矩信息.本文通过充分利用采样过程中所产生的压力分布信息,来提高建模的精度和泛化性,进而降低样本获取的成本.提出了一种小样本框架下融入压力分布信息的气动力建模方法,首先通过数值模拟或风洞试验获得不同流动参数状态下翼型表面的压力分布信息和气动系数,其次通过本征正交分解技术对压力分布信息进行特征提取,获取不同输入参数状态下压力分布信息对应的POD系数,之后结合输入参数通过Kriging算法对压力分布信息进行建模,将压力分布信息积分得到低精度气动系数的预测模型,最后低精度气动系数结合输入参数通过Kriging算法构造高精度...

由于海上漂浮式风机具有较大的支撑平台运动,气动阻尼效应对海上漂浮式风机的运动响应带来了重要的影响,日渐受到相关国内外学者的关注.为了研究海上浮式风机的气动阻尼特性,本文推导了海上浮式风机气动阻尼力的数学模型,并借助模型实验和数值计算的方法,研究了半潜式海上浮式风机的气动阻尼特性及其作用规律.结果表明,浮式风机的风轮旋转时的气动阻尼比风轮非旋转状态时更加明显;在作业工况下,气动阻尼对半潜式浮式风机平台的纵荡、纵摇、机舱的运动有明显的抑制作用,且主要体现为对半潜式浮式风机的平台运动固有频率响应的抑制作用,对波频范围的平台运动作用甚微.其变化规律与风速大小、波浪载荷等有关,在风机的额定工况之前,气动阻尼通常与风速呈正相关关系,但是增长率有逐渐减小的趋势;在控制系统作用下,当入流风速接近或...

随着材料科学的发展，越来越多的新型材料应用到了工程实践中.在气流激励的作用下，对于以航空航天工程为背景、采用复合材料的板壳结构的非线性动力学问题仍是动力学领域的研究热点.本文研究了复合材料悬臂板在亚音速气流条件下的非线性振动和响应.根据理想不可压缩流体的流动条件和Kutta–Joukowski升力定理，基于升力面理论，利用涡格法计算了三维有限长平板机翼上的亚音速气动升力.将亚音速气动力施加到复合材料悬臂板上，利用Hamilton原理，考虑Reddy三阶剪切变形理论并引入冯·卡门非线性应变位移关系，建立了有限长平板的非线性动力学微分方程.利用有限元方法考察了不同几何参数下层合板悬臂板的固有特性，通过比较不同材料和几何参数的线性系统的固有频率，得到不同比例的内共振关系.利用Galerkin方法将偏微分方程截断为两自由...

磁流变液阻尼器的分数阶Bingham模型结构形式简单,而且可以更好地描述系统的滞回特性.建立了含有分数阶Bingham模型的单自由度1/4车辆悬架系统模型,利用磁流变液阻尼器对在路面简谐激励下的非线性车辆悬架系统进行振动控制.研究了含有分数阶Bingham模型的悬架系统在天棚阻尼半主动控制下的主共振响应,利用平均法得到了系统的近似解析解.求解了系统定常解的幅频响应方程,并根据李雅普诺夫稳定性理论得到了悬架系统的稳定性条件.通过绘制数值解和解析解的幅频响应曲线对比图,验证了近似解析解的正确性.利用簧载质量垂直方向的加速度均方根值分析了半主动控制对车辆乘坐舒适性的影响,发现天棚阻尼半主动控制策略在低频激励区域反而会降低车辆的乘坐舒适性.因此提出了一种被动控制与半主动控制相结合的组合控制策略,并分析了半主动控制参...