以多架直升机近距离起降为研究背景,采用基于运动嵌套网格技术的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法开展旋翼间的气动干扰研究,重点分析了旋翼间距和环境风速对旋翼升力系数和扭矩系数的影响。数值分析结果表明,旋翼之间的气动干扰对上风位置旋翼的影响较小,但会导致下风位置旋翼的升力系数降低,扭矩系数增加,且其影响随着旋翼间距的增加而降低,随着环境风速的增加而增加。

两级入轨(two stage to orbit,TSTO)飞行器在高超声速来流条件下级间分离,会在两级之间产生复杂的非定常气动干扰,直接增加TSTO级间分离失败风险.级间分离过程中的这种复杂气动干扰伴随着两级之间的激波与边界层干扰、马蹄涡、激波与尾流干扰的综合作用.本文将TSTO助推级和轨道级的复杂模型简化为两个三维楔,采用重叠动网格技术,耦合求解流动控制方程及六自由度刚体动力学方程组对级间分离过程开展模拟分析,探究级间分离流动特性及其物理机制.在数值分析过程中,针对不同抬升角度下的TSTO三维流场进行了静态和动态数值模拟,给出了不同抬升角度下的干扰流场流动规律和特性,结合流场结构和壁面压力分布以及分离流动模式阐明了两级之间这种气动干扰对TSTO气动分离的影响机制,并探讨了轨道级抬升角对TSTO安全分离的影响.结果表明两级间的气动干...

基于计算流体力学(CFD)建立了适用于多旋翼飞行器的流场计算模型,采用嵌套网格方法模拟旋翼运动、双时间方法进行时间推进,分析变距四旋翼飞行器的气动力特性。在此基础上,采用FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程计算了变距四旋翼飞行器的噪声特性(包括考虑和不考虑旋翼间气动干扰两种情况)。计算结果表明,由于旋翼间的气动干扰,致使变距四旋翼的载荷噪声较大,进而导致总噪声较大。在对变距四旋翼飞行器噪声进行仿真时,考虑旋翼间气动干扰是必要的。

为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×104、间距比P/B=1.1~5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律,重点探讨了双方柱流场特性及其与风压非高斯特性的内在联系.研究结果表明随着间距比的增大,串列双方柱依次表现为3种流态,即单一钝体、剪切层再附和双涡脱流态,风压特性与流态密切相关.风压的非高斯特性和风压相关性随流态变化呈现为3种类型在单一钝体流态下,柱间回流区附近的表面风压呈现明显的非高斯特性且风压相关性较强;在剪切层再附流态下,方柱尾流的涡脱强度低,风压相关性弱,但风压非高斯区域大;在双涡脱流态下,受上游方柱尾流旋涡的作用,方柱侧风面的风压相关性较强,下游方柱的侧风面和背风面出现...

针对多体模型分离流动干扰机理问题,本文应用高速流场空间与壁面测试技术,对多体模型空中分离时面临的气动干扰问题开展了风洞试验研究。研究结果表明空中分离流场气动干扰的本质特征源自高超声速流与多体运动界面相互作用的结果,具体表现形式可归结为三种典型气动干扰形式(1)缝隙流的小尺度效应;(2)激波诱导边界层分离;(3)激波/激波干扰与激波/边界层干扰耦合。三种典型气动干扰形式会因为飞行器相对位置变化而相互转换,从而引起空中分离流场动力学性能变化,进而影响飞行器空中分离的安全性。

针对具体对象的控制器设计中,构建贴近物理场景的数学模型是完成控制器设计的关键。无人机非对称挂载和投弹过程不仅要考虑质量变化引起的系统参数摄动,还需要考虑非对称挂载飞行时无人机受到的非对称气动干扰力和气动干扰力矩的影响。同时,在武器发射过程中,还受到武器尾喷气流的影响。本文对无人机机载武器投放策略进行了研究,完成了无人机亚音速飞行典型层流流态分析,并对无人机亚音速飞行非对称挂载进行计算流体力学分析和仿真。

舰载直升机空气动力学以旋翼空气动力学为基础,研究旋翼尾迹与海面气流、船体空气尾流之间的气动干扰。本文首先介绍研究旋翼空气动力学的试验方法和计算模型,对旋翼流场的主要特征进行归纳。在此基础上,从试验测量和数值计算两个方面综述舰载直升机气动干扰的研究现状,并对其研究成果在舰载直升机结构动力学、飞行动力学、导航与飞控等学科上的应用现状进行研究。通过研究可知,深入开展对舰载直升机空气动力学试验和计算方法的研究,并将其成果应用到相关工程领域,对于提高舰载直升机的设计和使用水平具有重大意义。

针对交叉旋翼复杂的气动干扰问题,建立了一种适合于交叉旋翼气动分析的数值模拟方法.该方法采用三维非定常Reynolds平均Navier-Stokes(RANS)方程来求解流场,使用动态嵌套网格方法模拟旋翼运动.使用共轴旋翼悬停实验结果验证了该方法的准确性.利用该方法模拟了交叉旋翼在不同状态下的流场,计算了拉力和悬停效率,并与单旋翼、共轴旋翼计算结果进行对比分析,结果显示交叉旋翼流场存在较强的涡-涡和桨-涡干扰,旋翼桨尖涡在90°/270°附近相交;交叉旋翼的拉力系数及悬停效率随旋翼中心间距增大而增大,随交叉角变化较小;在相同总距角下,交叉旋翼悬停效率高于单旋翼和共轴双旋翼3%~8%.

介绍弹丸前体喷流实验方法及喷流对弹丸气动性能的影响.实验M数为2,迎角α=0°～6°,喷嘴倾角θ=30°,喷流压力比P0j/P∞=0～102.6,喷流介质为冷空气.实验结果表明,随着增加P0j/P∞,弹丸前体阻力系数CDF下降,升力系数CL上升,压心XCP明显后移,并做了简要分析.

本文通过CFD数值模拟两栋前后串列的高层建筑之间的风荷载气动干扰,并对高层建筑附近压力分布以及流场特性进行分析。通过与单体建筑的计算结果进行对比发现,串列的两高层建筑,上游建筑受干扰小,而下游建筑受上游建筑的影响显著,尤其是顺风向阻力作用。