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可压缩边界层的入口合成湍流生成方法

力学学报 2024年第1期56卷 45-57页

作者：王天孙东郭启龙李辰袁先旭李博中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室四川绵阳621000

在壁湍流中开展RANS-LES方法混合模拟时,入口处添加合理的湍流脉动能够缩短流场向完全湍流的发展距离,提高数值模拟精度以及节省计算资源.采用SA-IDDES方法对槽道湍流和可压缩湍流边界层开展了数值模拟研究,对比了3种较为常用的合成湍... 详细信息

在壁湍流中开展RANS-LES方法混合模拟时,入口处添加合理的湍流脉动能够缩短流场向完全湍流的发展距离,提高数值模拟精度以及节省计算资源.采用SA-IDDES方法对槽道湍流和可压缩湍流边界层开展了数值模拟研究,对比了3种较为常用的合成湍流方法对流场发展的影响,包括合成湍流生成器(STG)、数字滤波法(DFM)和合成涡方法(SEM);研究了不同合成湍流入口条件下流场壁面摩阻、流场结构、雷诺应力的发展过程,评估了各方法在壁湍流中的表现.其中在不可压槽道湍流和可压缩湍流边界层的模拟中,STG方法展现了较短的摩阻恢复距离,流场结构与雷诺应力发展相比DFM也有一定的优势.在高马赫数湍流边界层的数值模拟中,忽略热力学量脉动可能会降低合成边界层脉动恢复到物理真实脉动的速度.因此,文章进一步基于STG给出的速度脉动,在入口处通过若干强雷诺比拟方法(SRA,GSRA和HSRA)添加热力学脉动量,对比研究了对可压缩湍流边界层流场发展的影响,结果显示是否添加热力学脉动对于流场摩阻和雷诺应力发展影响较小,但对流场中的热力学量影响显著,其中GSRA下流场热力学量恢复得最快.

关键词：合成湍流入口边界条件可压缩性湍流边界层

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倾转旋翼机风洞试验综述

航空学报 2024年第9期45卷 21-50,I0001页

作者：张卫国唐敏武杰彭先敏章贵川聂博文王亮权李超群空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 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

倾转旋翼机是下一代旋翼类飞行器发展的重点方向,其综合了旋翼机和固定翼飞机的优点,但也带来了更加复杂的空气动力学、结构动力学、飞行力学以及气弹耦合问题。风洞试验是认识和研究倾转旋翼机关键气动、结构和飞行问题的重要技术手段... 详细信息

倾转旋翼机是下一代旋翼类飞行器发展的重点方向,其综合了旋翼机和固定翼飞机的优点,但也带来了更加复杂的空气动力学、结构动力学、飞行力学以及气弹耦合问题。风洞试验是认识和研究倾转旋翼机关键气动、结构和飞行问题的重要技术手段,针对国内外倾转旋翼机发展过程中的大量风洞试验进行了综合研究,给出了倾转旋翼机旋翼及其翼型、旋翼/机翼气动干扰、旋翼/机翼气弹稳定性、虚拟飞行等多种类型的试验模拟准则、设备设施、典型结果及主要结论,并结合国内倾转旋翼机的研发需求,提出了国内倾转旋翼机风洞试验技术的发展建议。

关键词：倾转旋翼机风洞试验气动性能气弹耦合特性风洞自由飞试验

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高阶精度非线性加权格式权函数研究综述

空气动力学学报 2024年第06期42卷 1-14页

作者：毛枚良白进维闵耀兵马燕凯江定武中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室

在简述用于捕捉间断的非线性格式发展历程的基础上，依托五阶精度WENO格式，介绍了非线性加权格式在候选模板集选取、光滑度指标计算方法及其与非线性权的函数关系等方面做出的努力。对于非等宽候选模板集的情况，给出了保证非线性加权... 详细信息

在简述用于捕捉间断的非线性格式发展历程的基础上，依托五阶精度WENO格式，介绍了非线性加权格式在候选模板集选取、光滑度指标计算方法及其与非线性权的函数关系等方面做出的努力。对于非等宽候选模板集的情况，给出了保证非线性加权格式精度的非线性权的量阶关系，强调了光滑度指标计算方法对格式精度和效率的重要性，提出了进一步开展多宽度模板集非线性加权格式研究的建议。

关键词：高阶精度非线性格式非线性加权方法极值点降阶问题非等宽候选模板集计算流体力学

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含盐液滴运动传热传质特性及其影响因素

空气动力学学报 2024年第4期42卷 55-64,I0001页

作者：唐宇豪柴得林马乙楗刘宇易贤桂业伟中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室绵阳621000 空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000

船舶在极地等气候寒冷恶劣的海上环境航行时,海水飞沫易导致其上层结构结冰,严重时对船舶航行及室外环境作业安全造成威胁。准确预测海水飞沫结冰,对确保极地区域安全作业具有重要意义。海水飞沫结冰和纯水飞溅结冰的主要区别在于盐度... 详细信息

船舶在极地等气候寒冷恶劣的海上环境航行时,海水飞沫易导致其上层结构结冰,严重时对船舶航行及室外环境作业安全造成威胁。准确预测海水飞沫结冰,对确保极地区域安全作业具有重要意义。海水飞沫结冰和纯水飞溅结冰的主要区别在于盐度对结冰的影响,对于结冰问题,通常将海水飞沫简化为含盐的液态水滴(即含盐液滴,简称液滴)。数值模拟是研究含盐液滴结冰的重要手段,含盐液滴运动-传热传质过程是其结冰数值模拟的关键环节,决定了液滴撞击特性及与结冰相关的撞击液滴的物理量。本文在SHIPICE传热模型的基础上,提出了含盐液滴在运动过程中考虑质量损失及盐度变化的传热传质耦合模型;基于NNW-ICE平台,发展了拉格朗日框架下含盐液滴运动-传热传质耦合数值计算方法并开发了相应计算程序,实现了含盐液滴运动-传热传质过程的模拟;探究了含盐液滴运动-传热传质过程中的关键影响因素,系统分析了不同来流速度、温度、相对湿度和液滴粒径条件下的传热传质效应,为进一步发展含盐液滴结冰数值计算方法奠定了基础。

关键词：海水飞沫传热传质盐度变化结冰计算数值模拟

微槽-波纹壁面对平板边界层第一/二模态波影响研究

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力学学报 2024年第7期56卷 1970-1982页

作者：黄文锋涂国华陈曦李晓虎陈坚强空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室

高速边界层转捩会使飞行器表面的热流和摩阻显著增加,延迟边界层转捩对飞行器降热减阻具有重要意义.在以第二模态主导的高速边界层转捩过程中,适当位置布置的波纹壁和微槽道均能够有效地抑制第二模态的增长,从而达到延迟边界层转捩的效... 详细信息

高速边界层转捩会使飞行器表面的热流和摩阻显著增加,延迟边界层转捩对飞行器降热减阻具有重要意义.在以第二模态主导的高速边界层转捩过程中,适当位置布置的波纹壁和微槽道均能够有效地抑制第二模态的增长,从而达到延迟边界层转捩的效果.研究了微槽-波纹组合壁面对马赫数4.5平板边界层稳定性的影响,通过改变微槽的开槽方向(垂直壁面和竖直向下)、开槽数、孔隙率、开槽深度以及开槽位置等方式,考察了这些微槽参数对第一/二模态波的作用效果.研究结果表明:相比光滑波纹壁面,微槽-波纹组合壁面促进了第一模态波的增长,增强了对低频第二模态波的抑制效果,对高频第二模态波的抑制效果没有明显的提高;开槽方向对微槽-波纹组合壁面的控制效果没有明显影响;开槽位置对微槽-波纹组合壁面的控制效果有显著影响,在波纹壁波峰处开槽时增强对第二模态波的抑制效果,但同时也会促进第一模态波的发展.

关键词：高速流动边界层转捩流动控制延迟转捩边界层稳定性

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高速高温湍流研究进展

空气动力学学报 2024年第4期42卷 1-13,I0001页

作者：袁先旭刘朋欣周清清傅亚陆杨肖峰杜雁霞空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000

低空域高速飞行条件下的飞行器表面边界层具有高马赫数、高雷诺数、高总焓的特点。较高的来流雷诺数使边界层发生从层流到湍流的转捩,而强激波压缩形成的高温环境将导致气体分子出现振动能激发、离解、电离等热化学非平衡过程,完全气体... 详细信息

低空域高速飞行条件下的飞行器表面边界层具有高马赫数、高雷诺数、高总焓的特点。较高的来流雷诺数使边界层发生从层流到湍流的转捩,而强激波压缩形成的高温环境将导致气体分子出现振动能激发、离解、电离等热化学非平衡过程,完全气体假设将不再适用。两种效应强烈耦合形成高温湍流,进而带来高温边界层扰动演化与多尺度涡结构、高温强扰动下气固界面多相反应、极端高温环境等离子体湍流等新的流动物理问题。本文从机理、预测、实验测量等方面,总结了高速高温湍流领域的研究进展和现状,展望了未来需要关注的研究方向。

关键词：高马赫数湍流高温非平衡表面效应电磁效应

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不同偏流板角度的冲击射流噪声特性

船舶力学 2024年第8期28卷 1265-1276页

作者：覃晨吴松岭赵佳锡张俊龙赵鲲中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000

舰载机尾喷流冲击偏流板(挡焰板)产生高强度噪声。为研究不同偏流板角度对噪声的影响,在全消声室进行射流冲击实验。实验时收缩喷口直径D=56.4 mm,受冲击的偏流板长、宽均为600 mm,射流马赫数Ma=1.01。在偏流板角度β=45°、55°和65°... 详细信息

舰载机尾喷流冲击偏流板(挡焰板)产生高强度噪声。为研究不同偏流板角度对噪声的影响,在全消声室进行射流冲击实验。实验时收缩喷口直径D=56.4 mm,受冲击的偏流板长、宽均为600 mm,射流马赫数Ma=1.01。在偏流板角度β=45°、55°和65°条件下,利用传声器和流动显示对远场噪声和冲击流动进行观测。结果表明,不同冲击角度下壁面射流结构明显不同,总声压级及噪声辐射特性存在明显区别,随着冲击角度的增加,上游和下游极角总声压级分别出现上升和下降,β=65°时,下游总声压级最多降低7 dB,上游相应增加15 dB。流动和频谱结果表明下游主要受到后缘分离噪声影响,该噪声来自壁面射流从偏流板后缘分离产生的大尺度涡结构,低频占主导,并且互相关分析表明,偏流板角度越小,该噪声指向性越明显。上游噪声被冲击噪声所主导,虽然偏流板角度显著影响冲击噪声强度,但是相关分析表明,冲击噪声向各个极角辐射的指向性结构较为稳定。此外偏流板对边线形成低通高阻效应,边线噪声频谱最为陡峭,而且边线观测到的总声压级、频谱在不同冲击角度的差别均较小。本研究可为航母甲板噪声治理提供一定参考。

关键词：偏流板射流冲击噪声冲击角度噪声特性相关分析流动显示

基于C-γ-Re_(θ)模型的多模态高超声速边界层转捩预测

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航空学报 2024年第12期45卷 95-114页

作者：胡震宇肖丰收陈坚强袁先旭张毅锋向星皓空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 北京机电工程总体设计部北京100039 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

HIFiRE-5、HyTRV均为验证高超声速三维边界层转捩的典型标模。C-γ-Re_(θ)转捩模型在原始的γ-Re_(θ)转捩模型基础上进行了高超声速横流转捩修正。运用C-γ-Re_(θ)转捩模型对飞行、风洞工况下HIFiRE-5、HyTRV进行转捩模拟。对于HIFiR... 详细信息

HIFiRE-5、HyTRV均为验证高超声速三维边界层转捩的典型标模。C-γ-Re_(θ)转捩模型在原始的γ-Re_(θ)转捩模型基础上进行了高超声速横流转捩修正。运用C-γ-Re_(θ)转捩模型对飞行、风洞工况下HIFiRE-5、HyTRV进行转捩模拟。对于HIFiRE-5飞行试验,针对其弹道中8个典型高度及存在姿态角的工况进行转捩预测,C-γ-Re_(θ)转捩模型计算结果与热流测量结果吻合,并对其表面的转捩模态进行了对比分析。对于HIFiRE-5静音/常规风洞试验,C-γ-Re_(θ)。转捩模型能够准确计算变雷诺数工况下转捩阵面形态及转捩起始位置,并与温升测量结果相符。对于HyTRV常规风洞试验,在变马赫数、变雷诺数的工况下,C-γ-Re_(θ)。转捩模型计算结果与模型上、下表面红外热图测量结果基本一致,能够预测横流模态下的边界层转捩,对于转捩起始位置、转捩阵面形态的预测与基于线性稳定性理论的e^(N)方法具有相当的预测精度。测试表明,对于飞行试验和静音/常规风洞试验,C-γ-Re_(θ)。转捩模型预测结果均保持较高的可靠性,实现了高超声速典型标模的三维边界层转捩预测.

关键词：转捩模型横流修正高超声速修正三维边界层转捩模态

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跨声速空腔剪切层动态特征传播特性研究

实验流体力学 2024年第1期38卷 103-108页

作者：周方奇王显圣杨党国吴继飞杨可董宾中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所绵阳621000

开式空腔流动发生时,剪切层内旋涡运动与腔内前传声波相互作用,引发空腔自持振荡现象。针对长深比为7的开式空腔,采用脉动压力测试技术,在Ma=0.9来流条件下开展腔内剪切层动态特征试验研究,通过频谱分析和互相关分析,揭示剪切层动态特... 详细信息

开式空腔流动发生时,剪切层内旋涡运动与腔内前传声波相互作用,引发空腔自持振荡现象。针对长深比为7的开式空腔,采用脉动压力测试技术,在Ma=0.9来流条件下开展腔内剪切层动态特征试验研究,通过频谱分析和互相关分析,揭示剪切层动态特征发展机制和模态噪声传播规律。结果表明:剪切层内单调增大的宽频噪声和类余弦分布的模态噪声相互叠加,使剪切层整体动态特征呈波浪上升发展;模态噪声逆流向上行传播,其速度同样呈类余弦分布,变化趋势与模态噪声幅值保持一致。结合Rossiter模态预估理论发现:同频率的上行模态声波与下行旋涡相互作用,产生了类驻波现象,导致模态噪声功率谱密度和传播速度沿流向周期性变化。

关键词：空腔跨声速剪切层噪声传播动态特征