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火星超低雷诺数下螺旋桨气动性能研究

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 172-181页

作者：张旺旺徐彬张海涛樊伟赵之然北京理工大学机械与车辆学院北京100083 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

火星超低雷诺数环境导致螺旋桨系统气动特性相比于地球环境显著恶化,翼型表面层流分离现象影响了火星螺旋桨的气动特性.为设计出适应火星低雷诺数环境的螺旋桨,深入了解超低雷诺数对翼型气动特性的作用机理,采用Transition SST转捩模型... 详细信息

火星超低雷诺数环境导致螺旋桨系统气动特性相比于地球环境显著恶化,翼型表面层流分离现象影响了火星螺旋桨的气动特性.为设计出适应火星低雷诺数环境的螺旋桨,深入了解超低雷诺数对翼型气动特性的作用机理,采用Transition SST转捩模型求解非定常可压缩N-S方程的数值模拟技术,对几种适用于低雷诺数环境的翼型进行火星超低雷诺数环境下气动特性模拟计算,从而选取最适应火星大气环境的翼型.结果表明CLF5605翼型具有更好的气动性能.对选定的翼型进行不同超低雷诺数下气动特性模拟计算,揭示了超低雷诺数对翼型气动特性的影响,即在火星大气雷诺数范围内,更高的雷诺数对应更好的气动性能;对雷诺数从100~20000翼型表面边界层状态进行数值模拟,发现翼型层流分离结构发生显著变化,从低雷诺数下的层流边界层状态,随着雷诺数的增加开始发生层流分离,在翼型尾缘产生层流分离泡,并最终变成湍流边界层.采用最小能量损失的方法设计火星螺旋桨,对其气动性能进行了数值模拟仿真,并对轻量化制造的螺旋桨进行了地面台架实验验证,通过将地面实验结果与CFD数值模拟仿真结果对比,验证了螺旋桨轻量化设计合理性以及数值计算的准确性.

关键词：超低雷诺数气动特性边界层状态层流分离轻量化设计

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控制翼前缘缝隙对层流分离的影响

弹箭与制导学报 2022年第1期42卷 28-31,37页

作者：陈政杨瑜何小龙倪招勇王军旗中国运载火箭技术研究院北京100076 中国航天空气动力技术研究院北京100074

针对类HTV-2高超声速飞行器控制翼诱导层流分离问题,数值研究了不同前缘缝隙宽度下控制翼诱导的层流分离流动特性,并在给定缝隙宽度下分析了舵偏角、攻角对分离的影响规律。结果表明:前缘缝隙抽吸效应对控制翼诱导层流分离影响明显,当... 详细信息

针对类HTV-2高超声速飞行器控制翼诱导层流分离问题,数值研究了不同前缘缝隙宽度下控制翼诱导的层流分离流动特性,并在给定缝隙宽度下分析了舵偏角、攻角对分离的影响规律。结果表明:前缘缝隙抽吸效应对控制翼诱导层流分离影响明显,当缝隙增至一定值后,分离范围缩进幅度变大并呈线性减小趋势;给定缝隙宽度下,舵偏角减小,分离范围减小幅度越大,攻角增大,分离范围先增大而后缓慢减小。

关键词：控制翼层流分离前缘缝隙数值模拟

三维楔体诱导高超声速层流分离油流显示实验研究

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实验流体力学 2021年第5期35卷 115-120页

作者：王军旗陈政倪招勇甘才俊李烺中国航天空气动力技术研究院北京100074 中国运载火箭技术研究院北京100076

在高超声速风洞中采用油流显示技术开展了三维楔体诱导层流分离现象的实验研究。研究模型为矩形平板/三维楔体、三角形平板/三维楔体。研究结果表明:高超声速(马赫数6.0)局部层流分离结构不仅受楔体压缩角影响,受前体外形的影响也很明显... 详细信息

在高超声速风洞中采用油流显示技术开展了三维楔体诱导层流分离现象的实验研究。研究模型为矩形平板/三维楔体、三角形平板/三维楔体。研究结果表明:高超声速(马赫数6.0)局部层流分离结构不仅受楔体压缩角影响,受前体外形的影响也很明显;对于三角形前体,由于楔体上游来流存在横向流动,使得楔体诱导的分离流动结构完全不同于矩形平板模型,且在不同迎角下,分离线形状也存在较大差异;受三角形前体与三维楔体综合作用,诱导层流分离呈现非常显著的三维效应。

关键词：高超声速层流分离三维楔体油流显示

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低雷诺数翼型层流分离现象大涡模拟方法

空气动力学学报 2019年第6期37卷 915-923页

作者：朱志斌刘强白鹏中国航天空气动力技术研究院

为准确预测翼型低雷诺数条件下出现的层流分离流动现象,发展了基于结构化拼接网格的大涡模拟方法。控制方程为Favre滤波Naver-Stokes方程,并选用多种亚格子模型。空间离散采用AUSM格式以及高阶WENO格式,时间推进采用显式方法和隐式方法... 详细信息

为准确预测翼型低雷诺数条件下出现的层流分离流动现象,发展了基于结构化拼接网格的大涡模拟方法。控制方程为Favre滤波Naver-Stokes方程,并选用多种亚格子模型。空间离散采用AUSM格式以及高阶WENO格式,时间推进采用显式方法和隐式方法。以SD7003翼型在雷诺数60000及4°迎角下的层流分离流动为研究对象,对比分析了数值格式、亚格子模型、网格尺度对流场预测结果的影响。数值结果表明:划分的计算网格能够有效解析小尺度流动结构,基于隐式亚格子模型、采用AUSM格式和双时间步推进的大涡模拟方法能够准确预测流动分离、转捩、再附等复杂流动现象,计算得到的平均压强系数与雷诺应力分布与文献数据吻合较好。与转捩模式计算结果对比进一步表明:发展的大涡模拟方法能够准确预测翼型低雷诺数层流分离流动非定常演化过程,为下一步的研究工作建立了有效的数值模拟手段。

关键词：低雷诺数翼型层流分离转捩再附大涡模拟

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考虑层流分离的低速风力机翼型气动性能研究

动力工程学报 2017年第1期37卷 52-59页

作者：唐新姿黄轩晴孙松峰彭锐涛湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105

以风力机DU93-W-210翼型为研究对象,采用数值计算与实验验证方法研究了低雷诺数(2×105~5×105)下翼型升阻气动性能,基于修正转捩模型分析了多雷诺数多攻角下翼型层流分离泡对气动性能的影响.结果表明:基于四方程转捩模型Transition SS... 详细信息

以风力机DU93-W-210翼型为研究对象,采用数值计算与实验验证方法研究了低雷诺数(2×105~5×105)下翼型升阻气动性能,基于修正转捩模型分析了多雷诺数多攻角下翼型层流分离泡对气动性能的影响.结果表明:基于四方程转捩模型Transition SST计算所得升阻力系数及翼型表面转捩位置与实验值接近,低雷诺数流动计算适用性较好;雷诺数越小,翼型层流分离泡越明显,翼型升阻比越小;失速前雷诺数对翼型升阻比影响较大而失速后影响较小,且雷诺数越小该翼型失速越缓和;攻角越大,翼型上表面层流分离泡越靠近前缘而下表面越靠近尾缘;失速前上表面和下表面转捩位置均呈线性变化,失速后上表面转捩位置呈非线性变化.

关键词：风力机翼型低雷诺数层流分离气动性能数值模拟

类HTV-2控制翼诱导高超声速层流分离数值研究

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空气动力学学报 2018年第3期36卷 514-517页

作者：陈政倪招勇王军旗中国航天空气动力技术研究院北京100074

针对类HTV-2控制翼诱导的局部层流分离开展了研究工作。结合实验结果,数值模拟了类HTV-2控制翼诱导的层流分离流动特性,发现其分离形态呈扁长尖形,分离区内存在一对反向对称旋涡,此类分离与矩形平板/三维楔诱导分离形式不同,前体形状对... 详细信息

针对类HTV-2控制翼诱导的局部层流分离开展了研究工作。结合实验结果,数值模拟了类HTV-2控制翼诱导的层流分离流动特性,发现其分离形态呈扁长尖形,分离区内存在一对反向对称旋涡,此类分离与矩形平板/三维楔诱导分离形式不同,前体形状对控制翼诱导层流分离具有重要影响。研究了类HTV-2控制翼诱导分离随偏转角的变化规律,受前体横流效应影响,控制翼前物面流动从两侧向中间聚拢,翼前逆压梯度增大,即使在5°小偏转角仍诱导分离,该现象与实验相符,较以往对典型矩形平板/三维楔层流分离初始分离角的认识不同。

关键词：高超声速控制翼层流分离前体影响数值模拟

低雷诺数下凹坑结构对翼型层流分离影响的数值研究

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可再生能源 2021年第3期39卷 346-352页

作者：焦雪文张立茹牛佳佳汪建文内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 风能太阳能利用技术教育部重点实验室(内蒙古工业大学) 内蒙古呼和浩特010051 内蒙古自治区风能太阳能利用机理及优化重点实验室(内蒙古工业大学) 内蒙古呼和浩特010051

在低雷诺数Re工况下,翼型表面容易发生流动分离,形成的层流分离泡会导致翼型气动性能恶化,且分离泡在尾缘周期性脱落,会诱发振动,影响叶片的结构安全。文章以NACA4415翼型为例,采用大涡模拟(LES)方法,在低Re下,对光滑翼型及布置凹坑结... 详细信息

在低雷诺数Re工况下,翼型表面容易发生流动分离,形成的层流分离泡会导致翼型气动性能恶化,且分离泡在尾缘周期性脱落,会诱发振动,影响叶片的结构安全。文章以NACA4415翼型为例,采用大涡模拟(LES)方法,在低Re下,对光滑翼型及布置凹坑结构翼型的层流分离进行了研究。研究结果表明:凹坑结构对翼型在低Re下出现的层流分离现象有较好的抑制作用,凹坑结构翼型在尾缘的分离流更加贴近翼型表面,凹坑结构翼型尾缘附近的分离涡明显减少;凹坑结构改善了低Re工况下翼型的气动性能,深径比h/d为0.25时,翼型升、阻比达到最大18.23。

关键词：低雷诺数凹坑结构翼型层流分离数值模拟

翼型低雷诺数层流分离现象随雷诺数的演化特征

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航空学报 2019年第5期40卷 57-67页

作者：朱志斌尚庆白鹏刘强中国航天空气动力技术研究院空气动力理论与应用研究所北京100074

层流分离现象是翼型低雷诺数条件下出现的典型流场特征。层流分离流动中包含流动分离、转捩、再附等非定常流动结构,层流分离流动的形成与演化会对翼型气动特性产生恶化作用。采用大涡模拟(LES)方法对低雷诺数范围内不同雷诺数下的翼型... 详细信息

层流分离现象是翼型低雷诺数条件下出现的典型流场特征。层流分离流动中包含流动分离、转捩、再附等非定常流动结构,层流分离流动的形成与演化会对翼型气动特性产生恶化作用。采用大涡模拟(LES)方法对低雷诺数范围内不同雷诺数下的翼型层流分离流动开展精细数值模拟,研究了雷诺数对翼型气动特性的影响规律及作用机理。LES方法采用隐式亚格子模型,基于结构化拼接网格,对流项离散和时间推进方法分别采用AUSM^+格式以及双时间步方法。验证算例计算结果表明数值模拟方法的正确性及可靠性,雷诺数对翼型气动特性具有显著影响。随雷诺数降低,时均分离泡外形增大、位置后移,平均阻力系数增大,特别是在较低雷诺数下,翼型升阻力系数随时间出现振荡现象。进一步研究表明,造成不同时均分离泡形态和气动特性的原因在于翼型上表面分离剪切层的失稳与转捩特征。随雷诺数降低,流动黏性增大,导致分离剪切层速度梯度减小,流动发生转捩及再附位置后移,直至翼型表面不再发生转捩和再附。

关键词：低雷诺数翼型层流分离转捩大涡模拟(LES)

超声速和高超声速二维层流分离流动的数值解法

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空气动力学学报 1981年第1期 1-14页

作者：张涵信陆林生余泽楚马占奎中国气动力研究与发展中心

本文利用时间分裂的、在激波附近为一阶精度、其它区域为二阶精度的滤波差分格式(自动调节的混合格式),求解了超声速气流沿二维压缩拐角作层流运动的N-S(Navier-Stokes)方程。在马赫数为3、雷诺数为1.68×10~4、绝热壁、ω=0°、5°、1... 详细信息

本文利用时间分裂的、在激波附近为一阶精度、其它区域为二阶精度的滤波差分格式(自动调节的混合格式),求解了超声速气流沿二维压缩拐角作层流运动的N-S(Navier-Stokes)方程。在马赫数为3、雷诺数为1.68×10~4、绝热壁、ω=0°、5°、10°、20°和马赫数为14.1、雷诺数为1.04×10~5、高冷壁、ω=18°的情况下,分别作了计算。所得结果和MacCormack的数值解及Holden的实验结果作了比较,符合得相当好。

关键词：差分格式分离流动高阶精度粘性流动计算方法数值解法二阶精度层流分离超声速二维