为抑制动态失速效应,以NACA0012为基础翼型,提出在前缘布置气动滑片的翼型。采用滑移网格和重叠网格相结合的技术,通过SST k-ω湍流模型对动态失速特性进行数值模拟,研究气动滑片对翼型气动性能的影响。结果表明:在上仰过程中,气动滑片能有效抑制动态失速的发生,延缓翼型前缘分离涡的产生;与原始翼型相比,气动滑片可在翼型上仰过程中显著减小阻力系数,并使翼型升阻比增大;在下俯过程中,气动滑片翼型的升力系数明显增大,且翼型运动过程中的迟滞效应减弱;气动滑片高度与翼型升阻比的提升效果密切相关。

以NACA0012翼型为研究对象,采用Transition SST湍流模型和Simple算法模拟了高雷诺数下吸气控制对翼型失速特性的影响。设计了4种吸气策略,详细探讨了不同吸气策略对翼型动态失速的影响,并对比其所需能耗。结果表明在相同动量系数下吸气控制对动态失速涡的抑制明显优于喷气控制;与喷气控制相比,采用吸气控制后翼型的平均升力系数可提高13%以上,平均阻力系数可降低80%;当采用开口向下的Sin函数策略时,翼型的等效升阻比最大。

采用数值模拟方法研究了运动表面长度l、速度比k、凹槽深度h和运动表面的无量纲位置s对带局部运动表面的NACA0012翼型动态失速特性的影响,在相同工况下对比了带表面射流与运动表面边界层控制方法(MSBC)对动态失速的控制效果。结果表明采用运动表面边界层控制方法能够明显改善翼型的动态失速特性;在最优参数组合(s=0.4、l=0.4、k=1和h=0.25 mm)下MSBC翼型的等效升阻比较原始翼型增大了57.10%;当耗能系数较低时,与带表面射流的翼型相比,采用MSBC翼型可以通过较少的局部能量输入,就能达到提高翼型气动效率的目的。

动态失速对直升机旋翼、风力发电机叶片等的气动性能有显著影响。该文利用脉动压力测量方法对NACA0012翼型在高雷诺数、高缩减频率情况下的动态失速气动迟滞效应进行实验研究,研究表明,雷诺数为1.50×106、缩减频率为0.035~0.139的条件下,迎角对应的角加速度和无量纲时间Δτ随缩减频率的变化分别近似服从二次曲线的变化规律和三次曲线的变化规律。实验结果对相关直升机旋翼、风力机叶片等开展高雷诺数、高缩减频率翼型动态实验研究有重要参考意义。

为了研究柔性翼型在动态失速下的气动性能及其优势,从流动控制的角度,采用流固耦合数值模拟方法研究了具有被动大变形能力的柔性翼型动态失速特性并与传统的刚性翼型进行了比较.首先,对柔性翼型在不同减缩频率下的气动特性进行了研究,得到了减缩频率对柔性翼型气动特性的影响规律,同时定量比较了刚性翼型和柔性翼型的升阻力系数随攻角、减缩频率的变化规律.其次,从俯仰震荡翼型的涡量场、流线以及结构响应等角度揭示了柔性翼型在动态失速现象中依旧具有良好气动特性的关键物理机制.研究结果表明,在高减缩频率下,柔性翼型具有低阻力的特征,气动性能显著优于刚性;柔性翼型的被动变形可以抑制翼型表面涡旋的生成从而优化气动特性.

利用代理模型方法取代计算流体动力学(CFD)方法,开展旋翼翼型的动态失速特性优化设计.建立基于动网格技术的旋翼翼型非定常气动特性求解方法,获得旋翼翼型在不同外形下的升阻力和力矩气动特性参数.利用类型转换(CST)翼型参数化方法,对初始翼型进行拟合重构;选取12个设计参数,利用基于自然启发的全局优化差分进化算法,优化目标是降低旋翼翼型的力矩和阻力特性,主要限制条件是保证升力特性不降低和翼型厚度增幅不明显.将本文的优化设计结果与基于伴随方法和CFD方法的优化结果进行对比.结果表明,基于Kriging模型的动态失速特性优化方法与伴随方法相比,在二维翼型优化设计上具有更好的寻优性能,优化翼型气动特性的表现更好;该方法与CFD方法相比,在利用全局优化算法的优势下,减少了过早陷入局部最优点的可能性,对比优化结果表明,在力矩和阻...

为了研究海上浮式风机动力特性,揭示旋转叶片“动力刚化”现象,本文基于一致质量有限元法和Jourdain速度变分原理,建立浮式风机刚-柔耦合多体系统动力学模型。采用叶素动量理论计算非定常气动弹性载荷,编制浮式风力机系统的Matlab仿真程序。结果表明:旋转叶片刚度随转速增大而增大;叶片挥舞以波浪频率和气动频率1P响应为主,并存在二者的耦合频率以及2P、3P响应;浮式基础运动几乎只有波频响应,气动载荷对基础振荡幅值贡献非常小。

以NACA0012翼型为例,基于CFD方法对该翼型进行了网格划分,得到一套适合于分析动态失速的高精度贴边网格。在此基础上采用雷诺时均N-S方程,标准k-ω模型建立了翼型在非常定流场中的动态失速计算方法,并运用Fluent对其进行了数值计算。讨论并分析了相应算例中翼型在动态失速情况下涡流、翼型上下表面压力及升力特性的变化情况。

在CARDC0.6m×0.6m高速风洞中进行了航天飞机类模型的动态失速试验.在M数为0.4～1.2,迎角为0°～75°范围测量了模型的动态气动特性,研究了各种运动参数对动态气动特性的影响.结果表明,在试验范围内,俯仰振荡引起了不同程度的气动迟滞现象,各运动参数对模型的动态气动特性都有重要影响,仅在迎角约为20°～40°时,非定常法向力增量存在,相应的非定常效应较明显.

垂直轴风力机的气动特性非常复杂，采用工程气动模型会有较大误差，因而本文针对NACA0012翼型，基于滑移网格技术，并选用Spalart—Allmaras方程湍流模型和基于压力的Simple算法对H行垂直轴风轮流场进行瞬态CFD计算，整个计算结果通过了严格的网格数和计算区域验证。同时，本文通过对流场的分析，获得了风力机的动态失速与升阻力系数等气动特性，计算结果对H轴风力机的设计与开发具有一定理论价值。