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旋翼近水面效应影响因素

空气动力学学报 2024年第1期42卷 86-99,I0002页

作者：白兴之吴文华林泽铖范召林张代贤高福奎中国空气动力研究与发展中心跨介质飞行器研究中心绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋... 详细信息

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋翼近水面效应关键影响因素,指出了旋翼在近水面工作时拉力、扭矩与功率剧烈变化的原因,初步认识了液滴对于旋翼的作用,揭示了近水面效应影响规律:对于直径0.56 m桨叶,在高油门、低水面距离工况下,近水面效应具有非线性增升、增阻、转速降低、需用功率增大的效果;低油门、高水面距离工况下具有增升、减阻的效果;同时近水面效应又受旋翼直径、桨叶类型、转速影响。对于直径0.25 m桨叶,在不同工况下近水面效应都具有增升、减阻的效果。

关键词：近水面效应跨介质飞行器旋翼自由面地面效应液滴

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动量环式主动增稳加油锥套建模与飘摆抑制

航空学报 2024年第7期45卷 95-107页

作者：朱喆黄江涛章胜李飞杜昕单恩光唐骥罡王春阳中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所绵阳621000

空中加油软管-锥套受大气紊流等干扰产生飘摆运动,加大了对接过程的不确定性和危险性。创新设计了一种自旋动量环式主动增稳加油锥套,在锥杯处集成一对偏置动量环实现飘摆抑制,避免传统翼舵式锥套回收时舵面与加油机吊舱口撞击风险。基... 详细信息

空中加油软管-锥套受大气紊流等干扰产生飘摆运动,加大了对接过程的不确定性和危险性。创新设计了一种自旋动量环式主动增稳加油锥套,在锥杯处集成一对偏置动量环实现飘摆抑制,避免传统翼舵式锥套回收时舵面与加油机吊舱口撞击风险。基于拉格朗日方程建立了考虑动量环旋转的多级串连单摆系软管-锥套系统运动模型,分析了阵风及大气紊流干扰对锥套飘摆运动特性的影响,提出了基于动量环控制的飘摆抑制方法,仿真表明该方法能够有效缩短阵风干扰下锥套收敛至稳态位置的时间,减小大气紊流干扰下锥套飘摆幅度,削弱高频动态响应。

关键词：空中加油软管锥套动量环自旋主动增稳飘摆抑制

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大流量高压燃烧加热器振动加速度测试分析

空气动力学学报 2024年第3期42卷 83-91页

作者：刘梦坤唐志共朱超金烜曹晓梅中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

针对不同采样频率下(10、20、50、100、200 kHz)大流量高压燃烧加热器振动加速度差异较大的问题进行了研究,开展了冷吹试验、敲击试验、点火试验。采用时域分析法中的均方根、偏度、峭度,频域分析法中的功率谱密度,时频域分析法中的小... 详细信息

针对不同采样频率下(10、20、50、100、200 kHz)大流量高压燃烧加热器振动加速度差异较大的问题进行了研究,开展了冷吹试验、敲击试验、点火试验。采用时域分析法中的均方根、偏度、峭度,频域分析法中的功率谱密度,时频域分析法中的小波变换,并结合模态参数识别中的多参考最小二乘复频域法重点分析了10 kHz和200 kHz采样频率下的振动数据。获得了传感器的安装谐振频率、安装底座和待测设备组合体的固有频率以及加热器运行的主要频段,与声振频率计算公式的结果偏差小于5%。研究结果表明,采用10 kHz的采样频率能够有效表征加热器的振动情况,该方法可为大型复杂燃烧设备振动测试采样频率的选择提供参考。

关键词：振动加速度采样频率燃烧加热器高温风洞测试方法

NNW-ICE软件的三维结冰模型及精度验证

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航空学报 2024年第12期45卷 54-66页

作者：陈宁立易贤王强任靖豪中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所绵阳621000

结冰现象严重危害飞行器的飞行安全,而数值模拟是研究结冰的重要手段之一。NNW-ICE软件是一款由中国空气动力研究与发展中心开发的中国完全自主可控的结冰数值模拟软件。该软件中的三维结冰相变模型相比于传统的SWIM、Myers模型增加考... 详细信息

结冰现象严重危害飞行器的飞行安全,而数值模拟是研究结冰的重要手段之一。NNW-ICE软件是一款由中国空气动力研究与发展中心开发的中国完全自主可控的结冰数值模拟软件。该软件中的三维结冰相变模型相比于传统的SWIM、Myers模型增加考虑了表面接触角对水膜流动的影响,且能量方程中增加考虑了伴有蒸发现象的霜冰结冰。数值计算方法方面,软件采用有限体积法对方程进行离散,拓展了模型对于复杂几何构型的非结构网格的适用性,并且集成了一阶显式、四阶四步龙格库塔-显式、一阶隐式、二阶一步龙格-库塔隐式共4个求解器。本文还采用了冰风洞试验结果、商业软件FENSAP-ICE计算结果对软件精度进行了验证。结果表明:NNW-ICE软件的计算结果与冰风洞试验结果吻合均较好,且精度总体优于FENSAP-ICE软件。

关键词： NNW-ICE软件计算方法水膜流动结冰相变结冰软件

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CFD软件可信度评估平台研制与应用

空气动力学学报 2024年

作者：肖维吕罗庚付眸陈江涛张培红吴晓军中国空气动力研究与发展中心

建模和模拟过程中引入的近似或假设会导致CFD结果存在可信度问题。科学评估CFD软件的可信度对软件研发、推广和应用具有重要意义。为了提高软件可信度评价的工作效率，本文研制了一款CFD软件可信度评估平台。该平台由CFD软件管理、评价... 详细信息

建模和模拟过程中引入的近似或假设会导致CFD结果存在可信度问题。科学评估CFD软件的可信度对软件研发、推广和应用具有重要意义。为了提高软件可信度评价的工作效率，本文研制了一款CFD软件可信度评估平台。该平台由CFD软件管理、评价指标体系管理、CFD作业过程控制、数据后处理、可信度分析和图表报告生成等模块组成，能够根据评价指标体系对CFD软件开展系统科学的量化评估。通过集成CFD软件可信度评价所需的算法工具、标模数据和算力资源，实现了计算数据下载、CFD作业组织、仿真结果处理与评估等过程的高度自动化。基于该平台对国家数值风洞工程自主研发的NNW-FlowStar软件进行了初步评估，验证了该平台的设计方案高效便捷、工程实用。

关键词： CFD 可信度评估平台

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高马赫数内埋武器分离特性数值模拟研究

北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2113-2122页

作者：陈兵罗磊蒋安林吴晓军张培红贾洪印中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

高马赫数(Ma>2)武器舱剪切层和激波更强,其流动特性与通常的亚、跨、超声速武器舱也有所不同,从而可能导致内埋武器的分离特性也不同。基于非结构混合网格流场解算器NNW-FlowStar,在前期针对高马赫数空腔流动模拟建立的改进HLLE++格式... 详细信息

高马赫数(Ma>2)武器舱剪切层和激波更强,其流动特性与通常的亚、跨、超声速武器舱也有所不同,从而可能导致内埋武器的分离特性也不同。基于非结构混合网格流场解算器NNW-FlowStar,在前期针对高马赫数空腔流动模拟建立的改进HLLE++格式和自适应混合网格技术的基础上,采用数值模拟手段对比分析了Ma=4和Ma=2时的内埋武器分离特性,研究了环状板、横柱、锯齿和圆柱阵列等不同前缘流动控制措施对高马赫数(Ma=4)武器分离特性的影响,为高马赫数内埋武器的安全分离方案设计提供指导。研究表明:高马赫数(Ma=4)时,由于武器舱流动特性和武器舱前缘激波的激波角的不同,导致起始时刻内埋武器与武器舱之间的通道效应和分离过程的激波干扰不同,使得高马赫数(Ma=4)时内埋武器的姿态角和俯仰力矩与马赫数为2时差异较大;采取前缘扰流措施后,内埋武器的抬头趋势有所减弱,偏航角有所减小,有利于导弹的安全分离。

关键词：内埋武器分离特性非结构混合网格数值模拟流动控制

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基于PCA降维的气动外形参数化方法

航空学报 2024年第10期45卷 62-81页

作者：余婧蒋安林刘亮吴晓军桂业伟刘深深中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

几何参数化建模是气动布局设计的关键技术之一,简洁、高效、准确的几何表征对于提高飞行器设计效率和质量有着至关重要的作用。基于主成分分析(PCA)的特征提取降维,可以在满足几何表征精度的条件下,进一步降低现有参数化方法的维度,更... 详细信息

几何参数化建模是气动布局设计的关键技术之一,简洁、高效、准确的几何表征对于提高飞行器设计效率和质量有着至关重要的作用。基于主成分分析(PCA)的特征提取降维,可以在满足几何表征精度的条件下,进一步降低现有参数化方法的维度,更好地服务于气动布局设计。本文介绍了基于PCA的翼型参数建模方法,分析了采样空间设计、样本数量、采样参数、几何重构方式等各个因素对PCA建模过程中降维能力、基模态特性以及几何表征能力的影响。通过CFD仿真分析,进一步探究PCA建模方法在气动性能表征方面的能力。仿真分析指出:基于PCA的翼型参数化方法,可以在满足几何外形表征精度的条件下降低现有方法参数维度,且其设计参数与几何特性有对应关系,利于在布局设计中加入工程经验;基于同一类采样方式的PCA建模,其模态特性、降维能力和几何外形拟合能力受采样空间、样本数量的影响很小,但对采样方法的参数配置较为敏感;本文所研究的建模方法,可在保证几何表征精度的同时满足气动力表征精度,其在气动布局设计优化中,具有一定的指导意义。

关键词：气动外形优化翼型参数化主成分分析几何参数化本征正交分解

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多段翼构型结冰计算方法及结冰影响分析

航空学报 2024年第14期45卷 174-188页

作者：任靖豪王强陈宁立刘宇易贤中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000

为了揭示不同来流条件下多段翼构型表面结冰特性,针对30P30N增升构型开展了结冰数值模拟研究。在计算方法方面,通过引入最小壁面距离,实现了基于拉格朗日方法的高效液滴收集率计算。采用局部网格拓扑重构技术改善了复杂冰形下网格重构... 详细信息

为了揭示不同来流条件下多段翼构型表面结冰特性,针对30P30N增升构型开展了结冰数值模拟研究。在计算方法方面,通过引入最小壁面距离,实现了基于拉格朗日方法的高效液滴收集率计算。采用局部网格拓扑重构技术改善了复杂冰形下网格重构稳健性差的问题,实现了更加鲁棒的多时间步结冰过程自动化计算能力。基于上述算法,开展了结冰特性及带冰后气动特性模拟,计算结果显示,多段翼结冰区域主要分布在前缘缝翼迎风面、主翼段及襟翼下翼面。在上游部件尾迹的影响下,多段翼表面水滴收集特性呈现显著的动态分布特性。前缘缝翼表面形成的冰角结构及其缝道附近发生的积冰堵塞是导致多段翼构型气动性能退化的主要因素,相比之下襟翼表面结冰对气动特性的影响程度较小。

关键词：结冰模拟多段翼拉格朗日法 Myers模型网格变形

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迎风角对加油稳定伞气动特性的影响

航空动力学报 2024年第7期39卷 95-102页

作者：吴金华黄霞刘志涛郭林亮张磊中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所四川绵阳621000

为研究迎风角对加油稳定伞气动特性的影响,设计了一种1∶1全尺寸可变迎风角加油稳定伞,可真实模拟恒定阻力特征加油稳定伞和自适应变阻力特征加油稳定伞的结构特点,并在FL-14风洞建立了加油稳定伞气动特性测量试验方法,通过试验获得了... 详细信息

为研究迎风角对加油稳定伞气动特性的影响,设计了一种1∶1全尺寸可变迎风角加油稳定伞,可真实模拟恒定阻力特征加油稳定伞和自适应变阻力特征加油稳定伞的结构特点,并在FL-14风洞建立了加油稳定伞气动特性测量试验方法,通过试验获得了不同迎风角对加油稳定伞张开过程、变形结果以及阻力的影响.结果表明:加油稳定伞完全张开所需的风速随迎风角增大呈现增大趋势;相同风速下,迎风角越大加油稳定伞阻力越大;受风载后,恒定阻力特征加油稳定伞迎风角不变,自适应变阻力特征加油稳定伞迎风角减小;1mm骨架片的自适应变阻力特征加油稳定伞在迎风角46°、风速55~75 m/s范围内达到良好的自适应阻力特征调节效果,阻力值基本稳定.

关键词：风洞试验加油稳定伞迎风角气动特性骨架片