具有更宽速度域的优良的气动特性已经成为高超声速飞行器发展的必然趋势。因此,对于现代高超声速飞行器翼型的设计,需考虑宽速度域范围内的气动特性。采用基于RANS的CFD数值计算方法,开展了高超声速翼型的气动特性设计与研究,设计了两种具有更加优良的低速、跨声速气动特性的高超声速翼型。对这两种翼型进行了综合评估,并与基准翼型的气动力特性进行对比分析。研究结果表明,第一种优化翼型在跨声速状态下的升阻比达到97. 40,第二种优化翼型在低速状态下的最大升力达到0. 719,相比于基准翼型,两种优化翼型在低速和跨声速下的气动特性得到提高。

设计了一种四旋翼尾坐式垂直起降无人机,并针对强风扰环境,对该无人机的气动特性进行了研究。通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法求解了定常不可压N-S方程和k-ωSST湍流模型,仿真分析了所设计的尾坐式无人机在正向、侧向、垂向三种来流角度情况下的气动特性,获得了该无人机大角度范围的气动系数变化曲线,为该无人机气动性能的优化及控制系统的设计提供了依据。仿真结果表明,所设计的尾坐式无人机具有良好的平飞气动效率;在垂直状态下以机腹正对来流方向,有利于抗风扰控制。

为了研究扑翼运动模式对气动性能的影响,基于CFD软件建立了一种多自由度扑翼气动性能计算模型。首先,结合翅翼的仿生外形建立了三维仿生扑翼模型,通过编写用户自定义函数(UDF)定义了翅翼的多自由度扑翼气动函数,在此基础上,运用CFD软件对不同自由度运动模式下翅翼的升力和推力系数进行计算;最后,结合翅翼表面的压力云图和涡结构变化揭示了运动模式对三维扑翼的气动力影响特征。结果表明在扑翼迎风水平前飞时,扭转运动加快了翅翼尾缘涡的脱落进程,增强了尾缘涡的的强度,使扑翼的升力在数值上提升了0.25倍,推力系数则提升了4.69倍;水平挥摆运动会进一步增大尾缘涡的强度和形状,显著提高了扑翼的推力性能,并且当水平运动频率调控参数k=2时,扑翼的升力和推力性能会得到进一步提高。

为了适应发展智能无人机的趋势,在国家大力发展海军远洋战略投送能力之际,对双飞翼无人机进行研究。采用CATIA软件概念设计双飞翼无人机,并基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论,数值模拟双飞翼无人机的气动流场特性,并对双飞翼无人机在航母上起飞的性能进行分析。研究结果表明双飞翼无人机在迎角为0°时,升力系数为0.596 2,阻力系数为0.037 6,升阻比为15.824 2;在航母飞行甲板起飞时,其最大起飞质量能够达到24 t,而其需用推力约为34.562 kN。

为对概念设计战略大飞机且加装预警雷达天线的气动特性进行对比,采用CATIA软件,设计一种战略大飞机的3D几何模型。基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,空气流场的湍流模型采用标准的k-ε方程,流体力学控制理论则采用3维N-S方程。经Fluent软件数值模拟,得出战略大飞机的压力系数云图、速度等值面图和升阻特性,并计算在平飞时飞机的质量和需用推力。结果表明,该研究能对大飞机总体设计提供参考依据和技术支撑。

为了克服传统计算流体力学代理模型不能有效模拟流体力学高度非线性系统的困难,解决现有基于深度学习的代理模型难以有效处理时间顺序信息的问题,以扑翼飞行器的二维翼型为研究对象,基于门控循环单元(GRU)与多层感知机,建立扑翼非定常气动参数的快速预测模型,实现对扑翼扑动时高度非定常、非线性气动参数的实时预测.使用计算流体力学方法获得扑翼二维翼型扑动时的气动参数,以该参数为样本训练预测模型.将扑翼的扑动振幅、频率、摆动角度与运动时间输入预测模型,快速得到扑翼在对应扑动状态下的升力、阻力与力矩.实验结果表明,所建立的预测模型精度高、计算速度快,能够实现对扑翼非定常气动参数变化的实时高精度预测.

为了研究控制棒驱动机构电机的冷却水流动行为,采用通用的计算流体力学软件FLUENT对冷却水流场进行了数值模拟计算,利用实验获得的不同流速下的进出口压降数据验证了计算模型的准确性,根据压力场和速度场的分析结果提出了改进措施。研究方法对冷却水流道的优化具有积极指导意义。

利用计算流体动力学（CFD）软件，按照现有的工艺参数对某管式等离子增强化学气相沉积（PECVD）设备腔体进行三维数值模拟分析，研究了不同流量下工艺参数下PECVD设备腔体内部流场的整体分布，并对石英片之间反应区域的速度分布进行详细分析，并提出了多孔结构在腔体内部的应用。计算结果表明该工艺参数下腔体内部整体流动稳定，生长区流速平缓对于薄膜生长非常有利，在反应腔前端加入多孔区有利于增加晶片间的流动扩散，提高薄膜沉积率。数值模拟仿真为PECVD设备制造提供一定的理论指导依据。

针对某双吸离心通风机,生产企业为节约成本,对风机轴向尺寸、进气室和蜗壳形线等结构参数进行了重新设计。为验证改进方案是否对风机气动性能产生较大影响,本文对原型风机和改进后风机的流场进行数值模拟,并在此基础上分析了相关流动特征及外特性之间的关联性。研究结果表明改进后的风机气动性能大幅下降,流场细节的对比分析发现进气室和蜗壳的改进对风机性能的负面影响最大。最后对风机气动性能的后续改进提出建议。

根据静压支撑原理，运用计算流体力学技术，对滑靴副的流场进行仿真分析，在油膜厚度一定的情况下，选取3组不同的阻尼孔直径，对滑靴和斜盘油膜表面压力进行监控得到底面油膜压力随着阻尼孔直径变化的压力图，讨论不同的油膜压力对滑靴副油液泄漏的影响以及对泵效率的影响。结果表明：阻尼孔直径变大，底面油膜的压力随着变大，滑靴副油液泄漏量也随着增加，而油液泄漏量又影响泵的效率。研究结果进一步揭示了滑靴阻尼孔结构对滑靴副和泵性能的影响。