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缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响

航空动力学报 2024年第6期39卷 259-274页

作者：王磊高丽敏茅晓晨郭彦超西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

为探究缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响规律,以双级对转压气机为研究对象,采用数值模拟的方法,开展了缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响研究。研究表明:缝式机匣处理下该对转压气机的失速初始扰动类型仍为突尖型失速... 详细信息

为探究缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响规律,以双级对转压气机为研究对象,采用数值模拟的方法,开展了缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响研究。研究表明:缝式机匣处理下该对转压气机的失速初始扰动类型仍为突尖型失速,机匣处理前移压气机的最先失速级由转子R2转换为转子R1,而机匣处理后移未改变该压气机的失速级。机匣处理前移抑制了转子R2前缘溢流的发生,降低了叶片通道内的非定常脉动强度,而转子R1在近失速工况下叶片前缘溢流加剧,主流和泄漏流的交界面被推出叶片通道,同时叶片通道内的非定常脉动强度增大,最终使得转子R1首先进入失速状态;机匣处理向转子R2下游移动,难以抑制前缘溢流的发生,虽然此时转子R1也出现了前缘溢流现象,但转子R2前缘溢流更剧烈,主流和泄漏流交界面的位置更远离叶片前缘,更容易使压气机发生失速。

关键词：对转压气机缝式机匣处理压气机失速最先失速级叶尖泄漏流

无参数自适应罚函数的高效代理模型优化设计方法

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1262-1272页

作者：张伟高正红王超夏露西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 北京电子工程总体研究所北京100854

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题... 详细信息

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题,罚函数法更加有效,但惩罚因子的设置对于罚函数方法影响很大,不合适的惩罚因子反而会损害优化效率,分析了优化过程中罚函数方法对惩罚因子的要求,提出了一种无参数自适应罚函数的代理模优化设计方法,引入基于样本分析的惩罚项,结合归一化目标值和约束值,在优化过程中动态调整惩罚因子,使优化能够尽可能地聚焦于可行域内,迅速收敛到最优解,实现样本的高效配置。通过带约束的函数算例和翼型优化算例证实,所提方法可以大幅提高飞行器气动外形优化设计效率。

关键词：优化设计代理模型参考点气动设计自适应罚函数

高超声速飞行器宽速域气动布局设计与优化研究进展

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空天技术 2024年第2期 1-14页

作者：张阳韩忠华张科施宋科宋文萍西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室

高超声速飞行器向着速域更宽、空域更广、更加实用化的方向发展，宽速域气动布局设计与优化是此类飞行器工程研制亟待突破的瓶颈问题之一。回顾了美国政府部门及其国内航空航天公司21世纪以来发布的代表性高超声速飞机及空天飞机概念方... 详细信息

高超声速飞行器向着速域更宽、空域更广、更加实用化的方向发展，宽速域气动布局设计与优化是此类飞行器工程研制亟待突破的瓶颈问题之一。回顾了美国政府部门及其国内航空航天公司21世纪以来发布的代表性高超声速飞机及空天飞机概念方案，分析了高超声速飞行器气动布局演化规律及其设计理念的变化。从乘波体宽速域扩展设计、宽速域布局气动优化设计、宽速域变体布局设计三个方面综述了高超声速飞行器气动布局设计与优化领域的研究进展。分析了宽速域气动布局设计存在的技术难点与挑战，并对宽速域气动布局设计与优化后续研究方向进行了展望。

关键词：宽速域高超声速气动布局气动优化乘波体

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平面叶栅风洞流场品质的被动调控策略

航空动力学报 2024年第7期39卷 217-228页

作者：蔡明高丽敏晋文浩雷祥福西北工业大学动力与能源学院西安710129 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710129

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高... 详细信息

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高负荷平面叶栅流场品质的调控策略.结果表明:两种调控方案均能够有效抑制上端壁区域的流场恶化,进而提升平面叶栅的来流准确性、流场周期性以及二维性.采用与平面叶栅理想中间流线相匹配的上端壁安装角和周向距离,以及尾板安装角时,两种方案对流场品质的提升效果最好.中间流线型上端壁组合出口尾板方案优于中间流线型上端壁方案,使叶栅中间3个叶片通道的进口马赫数偏差不超过±0.005,来流攻角偏差不超过±0.3°;叶栅进口和出口马赫数的周期性偏差不超过0.005,气流角的周期性偏差不超过0.3°;设计攻角下叶栅轴向速度密度比(AVDR)达到1.1,叶栅二维性较好.两种调控方案对叶栅大攻角工况的流场品质调节具有很好的适用性.

关键词：平面叶栅试验端壁改型尾板流场品质准确性周期性

进气畸变及非轴对称端壁造型对紧凑型压气机中介机匣性能的影响

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航空动力学报 2024年第1期39卷 122-132页

作者：茅晓晨赵磊高丽敏刘锬韬吴瑜西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

为掌握畸变进气下非轴对称端壁造型对大径向落差长度比紧凑型压气机中介机匣气动特性的影响机制,采用数值模拟方法研究了畸变进气条件下中介机匣的流动特性,并进一步探索了轮毂非轴对称端壁造型对中介机匣内部流动结构和节流特性的影响... 详细信息

为掌握畸变进气下非轴对称端壁造型对大径向落差长度比紧凑型压气机中介机匣气动特性的影响机制,采用数值模拟方法研究了畸变进气条件下中介机匣的流动特性,并进一步探索了轮毂非轴对称端壁造型对中介机匣内部流动结构和节流特性的影响。结果显示:进气畸变下中介机匣出口流场高总压损失与畸变主要来源于轮毂表面附面层分离产生的旋流和支板角区分离的共同作用。采用提出的基于三角函数的非轴对称端壁造型方法可有效消除轮毂表面的分离螺旋节点和支板角区分离,使中介机匣性能得到明显提升,总压损失系数降低约11.4%,且畸变进气下轮毂端壁造型对中介机匣节流特性的影响规律与均匀进气不同。

关键词：压气机中介机匣进气畸变端壁造型节流特性

转速匹配效应影响下周向槽机匣处理对转压气机性能的影响

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航空动力学报 2024年第1期39卷 145-159页

作者：张冉刘波茅晓晨张博涛巫骁雄西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

采用数值模拟方法,通过分别在对转压气机(counter-rotating compressor,CRC)前后两排转子上进行周向槽机匣处理,研究了其在不同转速匹配方案下的扩稳效果以及对转压气机最先失速级的变化规律。结果表明:当前排转子R1转速高于后排转子R2... 详细信息

采用数值模拟方法,通过分别在对转压气机(counter-rotating compressor,CRC)前后两排转子上进行周向槽机匣处理,研究了其在不同转速匹配方案下的扩稳效果以及对转压气机最先失速级的变化规律。结果表明:当前排转子R1转速高于后排转子R2时,其最先失速级为R1,当R2转速等于或高于R1时,其最先失速级为R2。在对转压气机的最先失速级进行机匣处理可以有效改善所处理转子的叶尖附近流场,包括来流相对气流角的减小、叶尖泄漏流反向轴向动量的减小、叶尖泄漏流与主流交界面位置的后移及叶尖堵塞程度的减弱等,进而提升了其失速裕度。机匣处理一般仅能对所处理转子的流场产生较大影响,但在特殊情况下也会使非处理转子的流场发生明显改变。

关键词：对转压气机周向槽机匣处理转速匹配效应最先失速级扩稳机理

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可调缝道构型对翼型气动特性的影响

空气动力学学报 2024年

作者：吕文豪张智昊郝礼书高永卫西北工业大学无人系统技术研究院西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室

翼型开缝是一种抑制翼型吸力面流动分离的被动流动控制技术。为了解决翼型开缝时仅能改善失速特性无法保障小迎角气动特性不被破坏的问题，本文以S809翼型作为研究对象，采用CFD方法进行翼型开缝研究，探究不同缝道参数对翼型气动特性... 详细信息

翼型开缝是一种抑制翼型吸力面流动分离的被动流动控制技术。为了解决翼型开缝时仅能改善失速特性无法保障小迎角气动特性不被破坏的问题，本文以S809翼型作为研究对象，采用CFD方法进行翼型开缝研究，探究不同缝道参数对翼型气动特性的影响，实现了翼型失速特性的大幅改善，提出了一种缝道调整方案，最终通过可调缝道兼顾了翼型在小迎角及大迎角时的气动特性。由数值结果分析可知：1）“基础缝道”构型大幅改善翼型的失速特性，其最大升力系数提高70.8%，达到1.81，失速迎角推迟到21°；2）通过平移或旋转等方式实现了曲线缝道的“梯形”化，实现了缝道的微小调整，得到了维持翼型小迎角气动特性几乎不破坏的两种缝道构型；3）利用“基础缝道”和“前翼旋转5°缝道”之间的几何关系，提出了一种可调缝道方案，满足了失速特性大幅改善前提下小迎角气动特性不破坏的需求。本文所采用的可调缝道研究思路和缝道方案可为翼型开缝技术的工程化应用提供一种参考。

关键词：可调缝道翼型开缝失速特性数值模拟流动控制

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极低风速标定系统设计与调试

航空动力学报 2024年

作者：周廷波张正科田永强郗忠祥张国彪高超西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所

针对极低风速情形热线风速仪标定精度不够高，且标定易受温湿度变化污染的难点问题，设计了一座速度控制精度较高、同时能控制空气温湿度的极低风速标定装置。装置的速度范围为0.1 ～ 1.0 m/s，温度范围为常温～ 60 ℃，湿度范围为20% ... 详细信息

针对极低风速情形热线风速仪标定精度不够高，且标定易受温湿度变化污染的难点问题，设计了一座速度控制精度较高、同时能控制空气温湿度的极低风速标定装置。装置的速度范围为0.1 ～ 1.0 m/s，温度范围为常温～ 60 ℃，湿度范围为20% RH ～ 80% RH。进行了布局形式论证、结构设计、部件设计；设计了运动速度控制系统、温湿度控制系统，并进行了调试。调试结果表明，速度控制最大误差和最大相对误差分别为0.000989 m/s和0.241%，达到设计指标0.003m/s和0.4%，优于国际最优精度0.02 m/s和0.5%（风洞类）、0.001 m/s和0.82%（探头运动型）；温度控制最大误差为0.9℃，达到设计指标1℃；湿度控制误差为2.9%RH，达到设计指标4%RH。将标定装置应用于某热线风速仪的标定，标定结果的拟合曲线最大误差为0.02236 m/s，满足标定精度设计指标0.03 m/s，处于国际风洞类标定装置误差范围0.018 ～ 0.03377 m/s内，接近国际探头运动型装置0.0114 ～ 0.014 m/s；拟合曲线最大相对误差为5.214%，接近国际风洞类标定装置误差4%，接近国际探头运动型装置误差2.42% ～ 15.04%的下限。标定装置的速度不确定度估计为0.0159 m/s，接近国际风洞类标定装置不确定度0.014 ～ 0.06 m/s下限和国际探头运动型标定装置不确定度0.012 m/s。

关键词：极低风速标定系统速度控制温度控制湿度控制热线标定

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一种先进超声速民机低声爆高效气动布局设计

航空学报 2024年第6期45卷 115-133页

作者：李军府陈晴王伟韩忠华谭玉婷丁玉临谢露乔建领宋科艾俊强西北工业大学航空学院西安710072 航空工业第一飞机设计研究院西安710089 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西安710072

低声爆高效气动布局设计是超声速民机研究的重点和关键技术之一。采用基于声爆最小化理论反设计方法、波系有益干扰后体设计方法、参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法,提出了一种先进超声速民机低声爆气动布局,对每一步降低声爆... 详细信息

低声爆高效气动布局设计是超声速民机研究的重点和关键技术之一。采用基于声爆最小化理论反设计方法、波系有益干扰后体设计方法、参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法,提出了一种先进超声速民机低声爆气动布局,对每一步降低声爆的效果进行了分析并研究了该布局的全声爆毯特性;采用CFD数值求解近场声爆信号并通过Burgers方程传播到远场,研究了飞行高度、飞行马赫数等参数对该气动布局地面声爆响度的影响;采用CFD数值模拟方法研究了飞行高度、马赫数等参数对该气动布局气动特性的影响。研究表明,采用基于声爆最小化理论反设计方法降低了基准气动布局的地面声爆响度约6.54 PLdB,采用波系有益干扰后体设计方法进一步使地面声爆响度降低了约0.97 PLdB,采用参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法使气动布局地面声爆响度进一步降低了约4.04 PLdB;合理地设计飞行高度、飞行马赫数,可以有效地降低地面声爆响度;合理地选择巡航飞行高度和巡航飞行马赫数,可以有效地提高巡航效率。研究工作对超声速民机气动布局设计具有一定的工程指导价值,对超声速民机总体气动方案设计亦具有一定的工程借鉴意义。

关键词：超声速民机低声爆气动布局地面声爆响度巡航效率马赫数飞行高度机翼后掠角