空气动力学学报

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《空气动力学学报》2011年5期pdf合集

2011, 29(5).

摘要(10) PDF(5)

摘要:

夏轶栋, 伍贻兆, 吕宏强, 宋江勇

2011, 29(5): 537-541. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.001

摘要(2738) PDF(1790)

摘要:
根据间断有限元法的数据结构特点，基于METIS网格分区技术，设计并行计算策略，在非结构网格上实现了并行高阶间断有限元法。控制方程的数值通量项使用Local Lax-Friedrichs（LLF）格式计算。设计了并行的牛顿-块高斯赛德尔法（Newton-Block GS）来加速收敛，提高迭代效率。并行性能分析表明，所设计的并行算法能够得到较好的加速比和并行效率，有效地节省计算时间，合理分配内存。这使得采用高阶间断有限元法计算更为复杂的问题成为可能。

高前进比旋翼气动特性分析方法研究

孔卫红, 陈仁良

2011, 29(5): 542-547. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.002

摘要(1824) PDF(1373)

摘要:
提出一种前进比高达0.8的旋翼气动特性分析方法，该方法针对高前进比旋翼前行桨叶压缩性、后行桨叶失速效应严重以及桨叶偏流作用和反流区大的特点，建立了旋翼气动力模型以及与之相适应的旋翼诱导速度时变非均布模型与桨叶非定常挥舞运动模型，然后根据高前进比旋翼气动力、旋翼诱导速度和桨叶挥舞运动三者之间的内在耦合关系提出了高前进比旋翼气动特性的动态响应计算方法，最后以H-34旋翼为例计算了该旋翼高前进比状态的气动特性，并将计算结果与风洞试验数据进行对比验证，结果合理。

风—车—桥系统车辆风荷载突变效应风洞试验研究

李永乐, 胡朋, 张明金, 强士中

2011, 29(5): 548-554. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.003

摘要(2411) PDF(1396)

摘要:
侧向风作用下，车辆通过桥塔或双车交会时车辆所受风荷载会发生突变，这将影响行车的安全性和舒适性。基于自主研制的移动车辆模型风洞试验系统，针对轨道交通车辆和公路交通车辆，分别采用三车模型和单车模型测试了车辆通过桥塔和双车交会时车辆风荷载的突变过程，讨论了风速、车速、车辆所处轨道位置及车辆类型等因素对车辆气动力系数的影响。研究表明车辆运行于桥塔区域及双车交会时，车辆三分力系数均有不同程度的突变趋势；车辆运动引起的列车风使车辆阻力系数的突变程度减弱，使桥塔遮风效应的影响区域变长；公路交通车辆风荷载突变效应较轨道交通车辆的要明显；双车交会时，背风侧车辆风荷载急剧减小，迎风侧车辆三分力系数变化较平稳。

类X-38升力体运载器气动布局概念设计

唐伟, 冯毅, 宁勇, 桂业伟

2011, 29(5): 555-558. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.004

摘要(2256) PDF(1306)

摘要:
开展升力体运载器的气动布局概念设计研究，利用二次曲线横截面及模线设计方法，提出一种类X-38升力体运载器气动外形，进行机体的优化和控制舵的匹配设计，研究飞行器的气动特性和操纵效率问题。研究表明，该方案可以获得较高的配平升阻比及配平攻角，有较高的容积效率和机动控制效率，可以作为未来航天运载器的潜在可行方案。

基于非结构网格CFD技术的旋翼气动噪声计算方法研究

王阳, 徐国华, 招启军

2011, 29(5): 559-566. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.005

摘要(2369) PDF(1722)

摘要:
将基于非结构网格技术的旋翼流场CFD计算方法与基于FW-H和Kirchhoff方程的声学方法相结合，建立了一套既适合于直升机旋翼厚度、载荷和桨涡干扰噪声，又适合于跨声速高速脉冲噪声的综合计算模型。为提高旋翼流场及桨叶表面气动载荷计算的精度，主控方程的求解采用了三维可压非定常的N-S方程，网格划分则使用非结构运动嵌套网格方法。在噪声计算中，通过FW-H方法计算旋翼的厚度噪声和载荷噪声，并选取能够包含流场非线性区域的旋转面作为Kirchhoff积分面，由Kirchhoff方法计算包含四极子项的高速脉冲噪声。应用该模型，以AH-1旋翼为算例，计算了不同飞行状态下的旋翼气动噪声，并与可得到的试验结果进行比较，验证了方法的有效性。然后，着重对两种声学方法对计算结果的影响进行了对比研究，并分析了旋翼厚度噪声、载荷噪声和四极子噪声的特性。

微小型螺旋桨滑流内舵面操纵特性实验研究

吴大卫, 王亮, 李寒冰, 李书

2011, 29(5): 567-572. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.006

摘要(1899) PDF(1436)

摘要:
微小型垂直起降飞行器悬停时往往采用螺旋桨滑流内舵面偏转进行姿态控制，但容易出现操纵力矩不足的问题。本文针对这一问题对微小型静推力状态螺旋桨与带舵面机翼的组合体进行了系统性的实验。通过对实验数据分析，本文指出通过优选螺旋桨几何参数可以改善操纵特性，并得出带舵面机翼不同构型对操纵特性影响的一系列结论，为如何改善此类飞行器悬停时的操纵特性提供了设计参考。

覆冰导线气动力特性风洞试验研究

王昕, 楼文娟, 沈国辉, 许福友

2011, 29(5): 573-579. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.007

摘要(1954) PDF(1291)

摘要:
针对新月形和D形两种典型断面的特（超）高压大截面厚覆冰导线进行了气动力系数风洞测试，获取了0°~180°以5°攻角为间隔各攻角下的气动三分力系数，用均匀流和均匀湍流两种风场研究湍流对覆冰导线气动力特性的影响，根据Den Hartog理论分别计算了两种断面覆冰导线可能发生舞动的风攻角范围。结合以往试验结果，归纳了两类覆冰冰型气动力特征。试验结果表明：新月形覆冰导线可能发生Den Hartog舞动的攻角范围为15°~30°和175°~180°，D形覆冰导线则为65°~85°及135°~150°，湍流对导线舞动气动稳定性存在影响。与以往试验结果比较表明：本试验结果能够反映大覆冰新月形和D形覆冰导线气动力特征，小覆冰新月形导线气动力特性则与本试验存在较大差异。

多孔隔热材料内压响应的影响因素分析

黄飞, 程晓丽, 俞继军, 姜贵庆

2011, 29(5): 580-584. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.008

摘要(1772) PDF(1286)

摘要:
针对新型多相隔热材料的结构特征，选取了1.25μm、2.5μm、10μm的纤维尺寸，85%、90%、95%的孔隙率，不同宏观尺寸的材料简化模型，运用改进的DSMC方法对其进行了数值模拟，旨在分析影响压力响应的众多因素，给出孔隙率、内外压比、纤维尺寸、宏观尺寸等因素对响应时间的影响规律。结果表明，孔隙率对响应时间的影响较大，同一条件下，孔隙率减小，响应时间增大；和纤维尺寸相比，响应时间对内外压比的敏感性相对较弱，内外压比增加，响应时间有所增加；同一条件下，纤维尺寸降低，响应时间增大。

常开洞工业厂房风致内压试验研究

樊友川, 顾明, 全涌

2011, 29(5): 585-592. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.009

摘要(1658) PDF(1373)

摘要:
通过一系列不同条件下的单个常开洞单跨厂房刚性模型风洞测压试验，分析了风向角、开洞位置、开洞形状以及开洞大小对内压平均值与脉动值的影响，并与基于稳态理论与非定常理论的内压预测值进行了比较。研究发现，单个常开洞厂房内压的空间分布是均匀的，几乎处处相等，仅在开洞附近测点的风压系数值稍有差别；内压的脉动特性主要来源于来流湍流作用、旋涡脱落与尾流干扰以及赫姆霍兹共振等三个方面的影响；内压的均值与均方根值受开洞条件以及风向角等因素影响较大；稳态理论计算得到的内压系数均值与试验所得非常接近，但是均方根值的预测偏保守。非定常理论推导得到的内压响应方程在风速方向正对开洞时可以给出良好的预测，但由于受旋涡脱落、尾流干扰等影响，斜风向时运用该方法预测内压是不合适的。

山地风场平均及脉动风速特性试验研究

孙毅, 李正良, 黄汉杰, 陈朝晖, 魏奇科

2011, 29(5): 593-599. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.010

摘要(1919) PDF(336)

摘要:
山地风场具有与平地风场截然不同的特性，为了研究平均和脉动风速在山地中的空间分布规律，进行了10个不同坡度和高度h的三维轴对称山体模型的边界层风洞试验。试验结果显示：平均风速在山顶达到最大加速，在背风面山脚达到最大减速；山体坡度越大，山顶加速效应越大，背风面山脚减速越大。脉动风速均方根值在山体迎风面和山顶均与平地风场接近，在背风面山脚增加最大，在其后5h位置，恢复与平地风场相同。根据试验结果提出了新的山地风场平均及脉动风速分布模型。

风驱雨CFD模拟及平均雨荷载计算方法研究

杨俊涛, 楼文娟

2011, 29(5): 600-606. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.011

摘要(1607) PDF(1272)

摘要:
基于谐波叠加法，用Kaimal谱生成空旷场地的脉动风速时程，将脉动风速时程作为流场CFD模拟的速度入口。采用分离涡模型模拟脉动风场并用离散相模拟雨滴颗粒，通过风雨耦合的CFD模型，获得雨滴落在输电塔各高度处的雨滴速度以及时间，并依据冲量定理和冲量等效原则，提出了任一时距的平均雨荷载计算方法。以176m高的输电塔为例，计算出作用在输电塔上以0.25s为时距的平均雨荷载。研究了水平风速和降雨强度对平均雨荷载的影响，结果显示：水平平均雨荷载随水平风速和降雨强度的增加而增加，但水平平均雨荷载与风荷载的比值沿高度增加而递减；尽管单粒雨滴荷载较大，但作用时间只有大约1×10-5s，依据冲量等效原则计算得出在一定时距内的平均雨荷载较小；对于本文算例，平均雨荷载与平均风荷载的比值不超过2.6%。

多段翼型局部主动变形流动控制的非定常数值模拟

郭秋亭, 张来平, 常兴华, 赫新

2011, 29(5): 607-612. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.012

摘要(3133) PDF(1540)

摘要:
对30P30N三段翼型失速攻角附近的分离流动进行了数值模拟研究。为了抑制大攻角时背风区的流动分离，在主翼段上表面引入了行波壁变形模型和抛物型局部主动振动模型，利用作者以往发展的动态混合网格技术和相应的非定常计算方法，对变形过程中的非定常分离流动进行了数值模拟，分析了各种变形参数对流动分离的影响。计算结果表明，在适当的条件下，局部主动变形能够抑制翼型背风区的分离，由此可以起到增升减阻的作用，改善翼型的气动性能。

基于N-S方程和自由转捩预测耦合求解的钝后缘翼型气动性能计算

邓磊, 乔志德, 杨旭东, 熊俊涛

2011, 29(5): 613-618. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.013

摘要(2888) PDF(1355)

摘要:
大厚度钝后缘翼型由于结构和气动性能上的优点，被用于作为大型风力机叶片设计的内侧翼型。而由于其大厚度的特点和风洞实验阻塞度的限制，大雷诺数的风洞实验数据很少，给此类翼型的设计和使用带来困难。本文基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程和自由转捩预测耦合求解方法，进行了大厚度钝后缘翼型的气动性能计算研究；针对由于钝后缘后的涡脱落而造成的翼型表面压力分布的脉动，发展了有时均效应的转捩模型以考虑这种周期脉动的时均效应，并对传统的耦合求解方法进行了修改。通过对风力机翼型DU97-W-300的钝后缘改形DU97-Flat翼型的气动性能计算，分析了网格数对计算结果和计算效率的影响。并将计算的DU97-W-300翼型的气动性能和实验结果进行了比较，表明通过本文发展的耦合求解方法可以在更少的计算网格时得到比参考文献更吻合风洞实验结果的气动性能，为此类翼型的设计和使用提供数值计算基础。

弹性悬挂弯扭耦合颤振模型表面压力分布的时空特性及颤振机理分析

周志勇, 杨立坤, 葛耀君

2011, 29(5): 619-627. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.014

摘要(1729) PDF(1288)

摘要:
实际应用中，桥梁颤振稳定性可用风洞试验的结果作为评估标准，但颤振时断面的压力空间分布特征是不清楚的。本文对弹性悬挂的刚体模型在颤振时及固定时(来流风速与颤振风速一致)的表面压力进行采样，首先分析模型在颤振时的表面各部分压力特性，结果显示，右部压力相位相当于左部具有滞后性，表明是受迎风侧特征湍流影响的被动区域。随后运用本征正交分解（POD）方法分析模型表面压力分布特征与颤振发散性运动之间的关系，结果显示，所获得的本征模态中存在与颤振扭转发散运动关联极强的'主导颤振模态'，该模态对总升力矩系数波动的贡献占绝对主导地位，其主坐标频率与颤振频率一致且具有与振动位移一致的发散性，但其归一化空间分布特征在断面颤振过程中不变化。结合模型在固定时的本征模态分析结果，除颤振主导模态外，其余模态均能在固定时的本征模态中找到类似空间分布的模态，且与断面发散性运动的关联性很小。本文工作为今后颤振机理分析提供了一个新的思路与方法。

基于CFD技术的脊状表面湍流流场特性研究

刘占一, 宋保维, 黄桥高, 胡海豹

2011, 29(5): 628-633. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.015

摘要(1988) PDF(1414)

摘要:
在湍流状态下，利用计算流体力学（CFD）技术，对一系列布置不同尺寸顺流向脊状结构的表面进行了数值模拟。模拟过程采用Reynolds应力方程湍流模型，并且编制程序设定了充分发展的湍流入口边界。通过与光滑表面比较发现，脊状结构附近产生的流向涡是脊状表面减阻或者增阻的重要原因。流向涡改变了近壁面流场结构，引起了边界层近壁区雷诺应力和壁面剪应力的变化，脊状表面也因此出现了减阻或者增阻的现象。

气动设计的多目标优化算法比较研究

王荣伟, 高正红

2011, 29(5): 634-639. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.016

摘要(1915) PDF(1312)

摘要:
由于目标函数复杂且流场求解耗时，气动优化设计需要选择搜索能力强且调用目标次数少的优化算法，现有的优化算法种类很多，针对不同类型问题算法性能不同。本文将常用的多目标优化算法进行了分类总结并进行函数测试，判断各个优化算法对不同问题的收敛性和稳定性，找出适合气动优化的多目标优化算法。将该算法应用于气动优化问题当中，进行了针对翼型的气动优化设计，缩短了优化时间，取得了一定的优化效果。

大型飞机后体流动控制及减阻机理研究

于彦泽, 刘景飞, 蒋增, 陈宝

2011, 29(5): 640-644. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.017

摘要(2858) PDF(1601)

摘要:
通过数值模拟方法研究了大型飞机机身后体的流动特征和机理，并采用涡流发生器对机身后体流动分离进行控制，分析了其控制减阻的机理，讨论了不同参数对减阻效率的影响。计算结果表明：大型飞机机身后体流动分离是导致巡航阻力增加的一个重要因素；在后体底部附近安装涡流发生器，当来流迎角为负时减阻效果较明显，随着迎角的逐渐增大，减阻效果降低；涡流发生器的尺寸、周向距离、安装在机身后体上的前后位置、安装角度等参数对减阻效果具有显著影响。

滑动蒙皮变后掠无人机非定常气动特性研究

陈钱, 白鹏, 陈农, 李锋

2011, 29(5): 645-650. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.018

摘要(2377) PDF(1449)

摘要:
为了探索飞机变形过程中的非定常气动特性及其机理，基于滑动蒙皮变后掠无人机这一可变形飞行器大尺度全局变形研究平台，通过风洞实验对其进行了非定常气动特性研究。结果表明：无人机变后掠过程中非定常气动特性曲线在相应的准定常曲线周围形成滞回环；无人机变后掠速率越快，滞回效应越显著；无人机以约7.5°/s的速率变后掠，会使非定常气动特性数值偏离相应的准定常数值5%以上；变后掠无人机非定常气动特性产生的主要原因可能在于流场结构迟滞和机翼附加速度。

前飞状态下直升机动力舱通风冷却性能仿真

谢永奇, 高红霞, 余建祖

2011, 29(5): 651-657. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.019

摘要(2457) PDF(1420)

摘要:
针对某型直升机动力舱通风冷却系统，提出了一种简化的基于旋翼下洗流的动力舱通风冷却性能计算方法，利用商业CFD软件，计算了前飞状态下采用单进口和双进口共9种方案时动力舱流场和温度场分布，分析了不同进口数、进口大小和位置对动力舱通风冷却性能的影响，并与试飞试验结果进行了对比。结果表明，该方法能够准确预测直升机动力舱通风冷却系统性能，仿真研究结果可以为动力舱通风冷却系统的设计与优化提供科学依据。

运输机短舱挂架纵向位置优选数值研究

雷熙薇, 桑为民, 段卓毅, 冯海勇, 张彦军

2011, 29(5): 658-663. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.020

摘要(2378) PDF(1356)

摘要:
针对运输机的翼/身/架/舱干扰问题，本文基于Euler方程，采用笛卡尔直角网格，应用有限体积法对全机绕流流场进行数值计算，分析和比较了短舱挂架不同前伸量、下沉量的影响，提出了基于最佳前伸量和下沉量的优选配合位置，并与初始位置的全机气动特性进行对比。结果表明，获得的短舱挂架优选配合位置使全机气动特性得到了明显改善和提高。

翼型襟翼受力的稳定性分析

李银然, 李仁年, 李德顺, 袁尚科

2011, 29(5): 664-668. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.021

摘要(2634) PDF(1501)

摘要:
采用数值求解N-S方程的方法，用DES湍流模型求解襟翼高度对风力机专用翼型DU95-W-180气动性能的影响。结果表明，添加一定高度的襟翼后，翼型的受力出现波动现象，而且波动幅度随着襟翼高度的增加而增大，进一步研究引起该现象的原因发现，添加襟翼的翼型其失速旋涡的脱落过程会引起翼型周围压力的周期性变化，进而导致翼型受力出现波动现象。

基于涡尾迹方法的风力机载荷与响应计算

唐〓迪, 陆志良, 王同光, 吴永健

2011, 29(5): 669-673. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.022

摘要(2031) PDF(1331)

摘要:
采用涡尾迹方法计算准定常气动性能，结合Leishman-Beddoes动态失速模型计算叶片的非定常气动力。应用有限元分析软件，分析风力机在不同转速下的风轮模态，塔架的前后、左右振动模态。基于非定常气动力和结构振动模态，针对风力机风轮，建立其结构运动方程。求解出的叶片振动速度加入到非定常气动力的计算中，从而建立了考虑叶片振动的风力机载荷、响应计算模型。分析了Phase VI叶片和某1.5MW风力机各个叶片截面的气动力、振动位移和振动速度随时间的响应曲线，表明该方法能够较好地计算出风力机的气动性能、载荷和响应。

10MW风电机组空气动力设计初探

肖京平, 陈坤, 刘刚

2011, 29(5): 674-680. doi: 130.25/j.issn.0258-1825.2011.05.023

摘要(2463) PDF(1437)

摘要:
从风电机组系统角度探索了我国未来设计10MW风电机组在空气动力设计方面的一些问题及对策。从分析风能分布与风速分布关系以及风电机组风能利用系数随风速变化关系出发，研究了风轮基本参数确定方法，并以动量叶素理论为基础，建立了优化设计模型对10MW叶片外形优化设计进行了初步探索，并对风轮性能进行了评估，完成了10MW机组叶片及风轮外形建模。提出了通过适当提高叶尖线速度及拓宽风轮转速范围，可以达到优化机组塔头质量，节约成本，提高年发电量等多重有利目标的观点。

留言板

2011年第29卷第5期

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