空气动力学学报

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《空气动力学学报》2014年2期pdf合集

2014, 32(2).

摘要(21) PDF(3)

摘要:

李志辉, 吴俊林, 蒋新宇, 张涵信

2014, 32(2): 137-145. doi: 10.7638/kqdlxxb-2013.0016

摘要(314) PDF(1175)

摘要:
通过对转动自由度松弛变化特性的研究，采用转动惯量描述气体分子自旋运动，利用分子总角动量守恒作为一个新的碰撞不变量，确立含转动非平衡效应各流域统一的Boltzmann模型方程。基于转动能量空间对分布函数进行守恒积分，得到计及转动非平衡效应的分子速度分布函数控制方程组，应用气体分子运动论离散速度坐标法对速度分布函数方程所依赖的速度空间离散降维，构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论统一格式。基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系，发展计及转动非平衡影响的气体分子运动论边界条件数学模型及数值处理方法。由此提出模拟高稀薄自由分子流到连续流各流域转动非平衡效应的Boltzmann模型方程统一算法。通过对高、低不同马赫数1.5≤Ms≤25考虑转动非平衡效应的氮气激波结构与不同Knudsen数9×10-4≤Kn￥≤10再入竖直平板、Ramp制动器、尖双锥外形跨流域高超声速绕流问题模拟研究，将计算结果与有关实验数据、广义退化Boltzmann与ES椭球统计模型等研究结果对比分析，验证含转动非平衡效应Boltzmann模型方程统一算法求解自由分子流到连续流跨流域绕流问题可靠性。

基于偏相关性分析的多设计要求快速优化设计方法

王丹, 白俊强, 朱军, 华俊, 孙智伟

2014, 32(2): 146-153. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0078

摘要(236) PDF(1027)

摘要:
针对飞行器气动外形优化设计中的多设计点、多目标、多工程约束等多设计要求问题，提出了一种新优化设计方法——多设计要求快速优化设计方法。该方法立足于统计学中的偏相关性分析和线性回归理论，通过对设计变量和设计要求进行偏相关性分析，采用线性回归的方法构建设计变量与设计要求之间的转换模型，将多个设计要求转化为对设计变量的约束，从而简化了优化设计模型，减少了优化过程中调用求解器次数，提高了优化效率。利用该方法对RAE 2822和HSNLF(1)-0213翼型进行了多设计要求优化设计算例验证，并将优化结果与Pareto多目标优化方法结果进行对比，结果证明了本文方法的有效性和可靠性。

窄条翼导弹模型摇滚运动动力学特性研究

达兴亚, 周为群, 赵忠良, 陶洋

2014, 32(2): 154-158. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0081

摘要(272) PDF(902)

摘要:
利用NS方程和飞行力学方程耦合的数值模拟，研究分析了窄条翼导弹模型摇滚运动的动力学特性和产生机理。控制方程为URANS和刚体单自由度转动方程，计算取Roe格式、SA湍流模型、双时间步法，气动/运动耦合采用双时间步三阶Adams预估校正法。计算Ma=0.6，α=35°，模型进入极限环振荡，振幅10.14°，周期20Hz，与风洞试验结果吻合较好。受力分析表明力矩迟滞曲线为双8环，中间为不稳定环，两侧为稳定环；模型的动不稳定性是由迎风尾舵引起，背风尾舵不能提供足够的动稳定性，导致模型丧失滚转阻尼，最终进入等幅等周期的极限环振荡；计算证实，该极限环是稳定的，模型在任意初始状态或微扰动作用下都将进入该极限环振荡。计算结果还表明，在非定常效应较强时，转动惯量对摇滚振幅影响不大，对频率影响明显。

涡环物理特征的研究

向阳, 刘洪, 吴镇远

2014, 32(2): 159-165. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0082

摘要(307) PDF(1358)

摘要:
通过数值模拟涡环的形成，进而采用基于涡环的随体坐标系下的流函数方法确定涡环的边界，分析不同形成时间(活塞冲程/活塞直径)涡环的物理特征参数(涡环的体积、半径、能量等参数)的变化。通过与实验结果和Slug模型的理论分析结果做对比，该方法能合理地确定涡环的边界和其它物理特征参数。进一步研究中发现当形成时间小于4(此时涡环发生夹止)时，涡环的涡核半径随形成时间的增加而增加，夹带能力在下降，而当形成时间大于4后，涡环的涡核半径不再进一步增加，并且夹带能力开始增大。

常规风洞气动噪声声源辨识研究新探索

赵小见, 赵磊, 陈农

2014, 32(2): 166-170. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0097

摘要(322) PDF(987)

摘要:
发展了基于经典波束形成算法的修正算法，该算法通过控制分析噪声的相位信息，改变波束聚焦速度，从而达到控制波束宽度的目的，基于经典波束形成算法的修正算法显著提高了低频噪声的和高频噪声的分辨率.文中还提出了机械滤波技术，该技术是设想通过控制传声器的观察角减小风洞背景噪声对传声器测量的影响，从而达到提高风洞相阵列试验信噪比的目的。

一种乘波构型边缘钝化方法的仿真与试验研究

刘建霞, 尘军, 侯中喜, 张扣立, 马晓伟

2014, 32(2): 171-176. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0104

摘要(244) PDF(1003)

摘要:
乘波构型被视为近空间高超声速飞行器的理想气动布局，但其在实施钝化修形后气动力性能损失严重，使得其实用价值受到影响。根据乘波构型的典型气动加热特征，提出了一种新的边缘钝化方法，并通过数值模拟和风洞试验相结合的研究手段对其进行了分析。结果表明：新提出的边缘钝化方法可使乘波构型在满足防热需求的同时，气动力性能得到改善；采用经过优化设计的钝化方法，钝边缘的乘波构型仍可作为近空间高超声速飞行的重要候选布局。

两级轴流压气机流场内流动分离及旋涡运动

王祥锋, 颜培刚, 俞李斌, 韩万金

2014, 32(2): 177-183. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0075

摘要(263) PDF(2145)

摘要:
对两级扩压叶栅的内部流场开展了详细的数值模拟，同时引入拓扑分析理论，从涡动力学的角度对不同工况下扩压叶栅内的流动分离和旋涡运动进行定性分析。对两级压气机三个不同工况下流场的分析结果表明：相比分离范围的变化，分离形态的变化对压气机性能的影响更显著。当流动向失速点靠近时，对于动叶栅，主要表现为分离范围的不断增加；对于静叶栅，不仅分离范围增加，而且分离形态也发生了变化。在压气机叶栅中，通道涡强度较弱，对整个流场特性不起主要作用，而尾缘涡对压气机性能具有较大影响。

水中弹药引信外置涡轮高速旋转两相流动数值仿真

沈德璋, 张合, 常自刚, 李豪杰, 齐献山

2014, 32(2): 184-189. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0076

摘要(213) PDF(911)

摘要:
为预测空化条件下的涡轮转速，获得涡轮叶片附近空化情况、压力系数、阻力系数等数据，采用Schnerr-Sauer空化模型，进行了水中弹药引信涡轮高速旋转两相流动的三维流场数值仿真研究。计算得到不同水深(10m、30m及50m)和弹速(5~100m/s)条件下的流场数据。结果表明：引信涡轮表面在弹速30m/s左右时空化初生，且空化尺度随着弹速的增加而增大；弹速100m/s时，头部粘性阻力占总阻力的18.7%；涡轮转速与水深、静压、弹速相关，高速时涡轮转速随水深减小明显，与弹速基本成正比线性关系，非线性度约为0.998。

民用运输机短舱涡流片设计研究

白俊强, 刘南, 邱亚松, 张晓亮, 陈迎春, 李亚林, 周涛

2014, 32(2): 190-196. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0079

摘要(356) PDF(1215)

摘要:
采用已通过风洞试验验证的CFD流场数值模拟方法，从流动机理出发分析空间涡量的变化，研究了翼吊发动机短舱涡流片的安装位置对着陆构型升力特性的影响。数值模拟的结果表明：由于发动机短舱以及挂架的影响，缝翼下偏后会在主翼上留下的台阶以及缝翼的端面等，大迎角时诱导出许多空间涡系，容易引发主翼上表面的分离。短舱涡流片诱导的空间涡能够有效地抑制这些空间涡系和低速区，提高失速迎角和最大升力系数，对于文中着陆构型，失速迎角提高2°，最大升力系数提高0.15。短舱涡流片后移或者下移均会引起空间涡的下移，有利于抑制大迎角下主翼中段低速气流。但下移涡流片的同时会降低空间涡的强度，使其抑制作用减弱。因此，为了提高失速迎角和最大升力系数，在设计过程中需综合考虑短舱涡流片所诱导空间涡的强度和位置。针对某型民用运输机着陆构型中短舱涡流片因几何约束需对其位置进行重新设计的问题，根据上述研究结论，综合权衡空间涡的强度及位置，重新设计了短舱涡流片的位置。计算结果表明，重新设计涡流片的位置后，几何约束得到了满足，着陆构型的最大升力系数仅损失0.015，仍然能够满足设计指标。

基于预先校准的压力敏感涂料图像处理方法

李国帅, 周强, 马护生, 熊健

2014, 32(2): 197-202. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0083

摘要(247) PDF(1055)

摘要:
基于国产单组份压力敏感涂料预先校准试验，以自主编制的涂料校准与特性分析图像后处理软件为主要分析工具，对PSP图像平均、滤波以及无效采集图像剔除等图像后处理方法进行了较为深入地研究，研究分析结果表明：一些随机因素或操作失误会造成某些PSP采集图像为跳点，图像后处理中，应将无效采集图像剔除；与高斯滤波、平均滤波相比，中值滤波可以更好地抑制图像的椒盐噪声，同时，滤波窗口大小对图像滤波效果有较大影响；图像平均可以有效地抑制CCD相机的随机噪声，同时，存在着最佳的图像平均幅数，超过最佳图像平均幅数，随机噪声的抑制效果变化不再明显，反而会降低试验效率。

低速风洞内部流场数值模拟

代燚, 陈作钢, 马宁, 任泽斌

2014, 32(2): 203-208. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0085

摘要(264) PDF(1139)

摘要:
以上海交通大学在建的多功能低速风洞为研究对象，针对其设计上的独特性，采用CFD方法首次实现对风洞内部流场的整体数值模拟, 风扇段流场利用MRF模型处理，数值模拟中计及了阻尼网的整流效果。同经验设计法的气动设计结果进行对比发现，数值模拟得到的流量与设计流量差距很小，压力损失在一定程度上较为吻合。数值模拟揭示了风洞内部存在的流动分离现象，为提高风洞的气动性能提供了改进方向。对风洞同轴度下降引起的流场品质变化进行了分析，结果表明微小同轴度偏差对流场品质的影响不大。

民用飞机校验机动操纵剖面图研究

党亚斌, 钱光平, 孙一峰

2014, 32(2): 209-215. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0086

摘要(235) PDF(884)

摘要:
从研究军民用规范之间的内在关联出发，认为校验机动操纵剖面可以先采用国军标(GJB)的急剧俯仰B操纵形式，然后验证载荷系数为1.0和2.5时的角加速度是否满足要求。如不满足，则调整舵偏量，直到满足要求为止。该方法既保证了急剧俯仰B操纵，又满足了CCAR-25的角加速度要求，非常有助于军民用飞机通用部件的共享，适用性强，解决了困扰工程界多年的关于校验机动载荷计算不一的问题。该方法已编制为计算机程序，为大型客机校验机动载荷计算提供了重要参考。

液膜射流和圆射流雾化过程的湍流演化特性

刘刚, 刘伍权, 许翔, 刘瑞林, 董素荣, 周广猛, 汪洋

2014, 32(2): 214-218. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0087

摘要(230) PDF(993)

摘要:
利用PIV技术，在相同喷射压力下对分属液膜射流和圆形射流的两种理论喷射类型的典型喷油器——涡旋喷孔和双喷孔喷油器的射流雾化的湍流演化过程进行了测量和分析，研究表明：在整个射流过程中，两种射流的空间相对湍流强度分布比速度分布发散，且集中分布在射流的上下边缘和根部区域；随着喷射时间的延长，射流流场的湍流强度值逐渐增大，且主要分布在涡旋射流的非前锋区域以及双孔射流的非前锋和非中心线区域；喷射开始后1.5ms和4ms时，涡旋射流中心区域的湍流积分尺度分量值较大，分别达到约6mm和7mm的量级，8ms时，涡旋射流流场的湍流积分尺度分布的发散程度比双孔射流明显，且雾化粒子速度方向与积分方向不同时得到的两个湍流积分尺度分量大小以及连续性等分布情况恰好相反；整个喷雾过程，雾化粒子y方向速度分量沿x方向积分得到的湍流积分尺度分量值均小于其他3个湍流积分尺度分量值且分布的不连续性明显。

壁面小折角对马赫数4.5边界层中扰动演化的影响

吴宁宁, 罗纪生

2014, 32(2): 219-227. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0090

摘要(277) PDF(975)

摘要:
为了利用eN方法预测带小折角平板边界层的转捩，采用数值模拟和流动稳定性方法研究来流马赫数为4.5，扩张角和压缩角分别为1°、2°、3°的高超声速边界层中扰动的演化，得到不同角度下不同频率的扰动波沿流向的幅值及增长率分布。并对工程中常用的预测带小折角平板转捩位置的eN方法进行验证分析，指出采用eN方法预测带小折角平板转捩时需要对N值进行修正的概念。

CSRT与CST气动外形参数化方法对比

关晓辉, 宋笔锋, 李占科

2014, 32(2): 228-234. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0092

摘要(391) PDF(898)

摘要:
类别形状修正函数变换(CSRT)方法是在类别形状函数变换(CST)方法的基础上添加修正函数以克服其不具备局部性的缺点发展而来的新型参数化方法。通过考察参数化过程中翼型的表示误差和线性系统条件数，对CSRT和CST参数化方法的表示精度和数值单值性进行了对比。使用基于以上两种参数化方法的远场组元(FCE)激波阻力优化算法对超声速翼身组合体进行了零升激波阻力优化，结果对比得到：基于CSRT方法的两级优化具有更好的优化效果，激波阻力系数降低了34.7%。研究表明： CSRT方法需要比CST方法更多的参数数量以达到相似的精度，随参数数量的增长，CSRT参数化过程的病态化程度远低于CST方法；CSRT参数化方法可以结合适当的优化算法进行气动外形二级优化，其效果优于使用相同参数数量的CST参数化方法所进行的单级整体优化。

壁面催化对高超声速飞行器气动特性影响

苗文博, 罗晓光, 程晓丽, 沈清

2014, 32(2): 235-239. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0096

摘要(266) PDF(1155)

摘要:
针对高超声速流动中的高温真实气体效应，采用数值模拟求解三维N-S方程的方法研究了壁面催化对高超声速飞行器气动特性的影响规律。研究发现：对于文中所选两类高超声速飞行器——大钝头CEV再入飞行器和仿HTV2高升阻比升力体飞行器，壁面催化对表面压力影响均较小，对剪切应力的影响在飞行器不同部位表现不同：在头部和前缘等强压缩区域，壁面催化对表面剪切力影响明显，在大面积和背风区位置，壁面催化对表面剪切力影响微弱。这是因为壁面催化使得具有更大惯性的大分子气体在近壁处聚集，从而导致更高的速度梯度。由于大钝头外形波阻在整体气动特性中占优，而高升阻比外形头部强压缩区域面积较小，头部强压缩区域剪切力对整体气动特性贡献较小，最终体现为壁面催化对整体气动力影响微弱。

采用不同气动控制舵面的临近空间高超声速滑翔飞行器舵效研究

邓帆, 任怀宇, 李绪国, 谢峰

2014, 32(2): 240-245. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0135

摘要(713) PDF(6387)

摘要:
在升力体构形的基础上，构造了3种不同布局方式的气动舵作为控制面，通过数值模拟手段对FLAP舵、后缘舵及全动舵的舵效进行了比较分析，并对带全动舵滑翔飞行器的气动特性进行了风洞试验研究。数据显示全动舵在纵向通道内调节压心位置的能力较大，有足够的配平能力，在偏航及滚转控制时舵效均高于FLAP舵及后缘舵，同时可有效降低对舵机载荷的要求。研究表明对于升力体构形的飞行器而言，全动舵在临近空间高超声速范围内作为气动控制舵面具有一定优势。

基于气动力分段表达的颤振求解方法与模态跟踪技术的应用

任智毅, 金海波, 丁运亮

2014, 32(2): 246-251. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0183

摘要(203) PDF(848)

摘要:
在频域颤振方程的求解中，PQI法采用分段气动力的表达形式将颤振方程进行分段直接求解，避免了迭代。由于广义气动力分段插值函数PQI的构建依赖折合频率的选取，将构造的分段插值函数嵌入颤振方程中求解存在模态窜支问题，对此发展了一种基于特征值摄动理论的预测跟踪法来确定各阶模态对应的特征值随参数变化的前后对应关系。文中介绍了PQI颤振分析的基本方法，并采用P-K法进行对比分析来验证算法的计算精度，最后将发展方法应用到某飞机全机轴对称状态颤振分析中来验证算法在实际工程颤振分析中的有效性，数值结果表明该方法计算精度高，模态跟踪效果良好。

NSGA-II算法的改进及其在多段翼型缝道参数优化中的应用

倪昂修, 张宇飞, 陈海昕

2014, 32(2): 252-257. doi: 10.7638/kqdlxxb-2013.0095

摘要(358) PDF(803)

摘要:
提出了NSGA-II算法的一个改进方法，对加入新种群的父代种群个体进行精英筛选，从而增加了新种群中新个体的数目，以实现更好的全局寻优。选取一个有理论解的优化问题，对算法全局寻优能力的改进进行了验证。随后使用改进后的NSGA-II算法作为核心算法搭建了集群并行优化平台，对多段翼型的缝道参数进行优化设计，获得了较为满意的结果。优化验证算例显示，该集群并行优化平台具有较高的效率和可行性。

有限质量情况下降落伞开伞过程数值仿真研究(英文)

程涵, 余莉, 杨雪松, 王璐

2014, 32(2): 258-263. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0101

摘要(254) PDF(1014)

摘要:
为了模拟降落伞减速系统在有限质量情况下的三维动态开伞过程，以典型平面圆形伞C9伞为例，采用LS-DYNA基于有限元理论的ALE流固耦合方法对其充气至稳降过程进行研究，并用空投试验验证计算结果。计算获得了结构、流场动态变化，还获得了反映减速特性的载荷速度、加速度变化情况，分析了降落伞工作过程中危险截面、过载及外形之间的对应关系。研究结果表明：ALE法能够预测伞衣展开过程中减速特性以及危险截面，数值结果反映了实际工作过程的一般规律。

台风“凡亚比”作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究

史文海, 李正农, 罗叠峰

2014, 32(2): 264-271. doi: 10.7638/kqdlxxb-2012.0093

摘要(221) PDF(1443)

摘要:
为研究台风作用下我国沿海地区超高层建筑表面的风压特性，于2010年在台风“凡亚比”登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压状况进行了同步监测，并开展了建筑模型风洞试验，获得了超高层建筑表面的实测瞬时风压、平均风压、平均风压系数和脉动风压系数的相关特性和分布规律。现场实测与风洞试验的对比研究表明：现场实测和风洞试验所揭示出的超高层建筑表面风压特性及其随风向角的变化规律基本一致；迎风面平均风压系数的现场实测值明显大于风洞试验结果，而背风面和侧风面平均风压系数的现场实测值与风洞试验结果相差较小。

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2014年第32卷第2期

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