空气动力学学报

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2022, 40(1): 1-25. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0306

[摘要](969) HTML(195) PDF(264)

摘要:
飞机布局的大迎角气动特性是决定飞行包线左边界的主要因素之一。飞行包线左边界区域的扩展增强了飞机的大迎角机动性和敏捷性，但是同时也极大地挑战着飞机的安全。几十年来，随着大迎角飞行研究技术的发展，战斗机飞行不断突破失速迎角附近及以上区域，将飞行左边界左移，扩大了飞行包线，减少了飞行限制，挖掘了战斗机的作战潜能。本文对战斗机大迎角飞行相关的气动特性研究技术，包括流动机理研究、数值计算方法研究、风洞气动试验、气动建模与数据库构建、气动与控制综合验证等关键技术的发展与应用进行了阐述。基于这些技术的发展，结合工程实践经验，提出了战斗机大迎角气动特性研究的整体思路和方法，包括大迎角气动力预先设计、气动力获取、气动力表达、气动力综合分析和气动-运动-控制一体化验证五个部分，以供相关装备研制参考。

高速飞行器的连续旋转爆震推进技术

师迎晨, 张任帅, 计自飞, 王兵

2022, 40(1): 101-113. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0231

[摘要](405) HTML(138) PDF(110)

摘要:
吸气式高速飞行器具有重要的战略价值，高性能的推进装置始终是高速飞行器领域的核心问题。基于连续旋转爆震构建的推进系统，与当前基于布雷顿循环构建的推进系统相比，具有显著的性能优势，可以弥补当前推进系统造成的“推力陷阱”问题，有望助力高速飞行器取得长远发展。本文总结了连续旋转爆震燃烧过程与分析模型，以及基于连续旋转爆震构建的推进系统的性能优势与研究进展。进一步，针对连续旋转爆震冲压发动机，讨论了本质非定常燃烧室对发动机进气道与尾喷管的设计要求与需求，介绍了进气道抵抗压力波反传的措施，并进行了数值分析，证明了相关措施的可行性。最后展望了采用基于连续旋转爆震构建的推进系统的发展前景。

可重复使用宽域高速飞行器低速段动力方案分析与选型

陈操斌, 牛军

2022, 40(1): 150-164. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0318

[摘要](563) HTML(247) PDF(90)

摘要:
为快速评估不同类型的发动机方案在可重复使用宽域高速飞行器上的适用性，对飞行器动力方案中至为关键的低速段动力方案进行了综述分析。系统研究了不同动力方案在解决宽域工作问题方面基本原理的差异，给出了各方案的工作过程及宽域工作性能，并概括分析了典型方案所适配的目标飞行器的基本情况，为飞行器总体动力方案的设计提供参考。研究结果表明：宽域高速飞行器任务需求差异对低速段动力方案的选择具有重要影响；宽域加速型任务与高速巡航型任务差异较大，但随着飞行器马赫数上限的增加，两种任务模式下低速段动力方案选择的差异开始变小；对于某一确定飞行任务的宽域高速飞行器，满足其加速需求的低速段动力方案也不唯一；基于涡扇的变循环发动机方案、燃料直接预冷发动机方案及火箭冲压RBCC与现货涡轮发动机组合的方案在加速型任务与高马赫数巡航型任务中均可适用；基于现货发动机改造及组合的低速段动力方案，在低成本、高敏捷的两级入轨飞行器第一级中应用前景较好。

XTER内收缩组合进气道设计理念及气动特性

蔡泽君, 胡占仓, 余联郴, 洪唐宝, 朱呈祥, 尤延铖

2022, 40(1): 218-231. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0393

[摘要](382) HTML(183) PDF(51)

摘要:
组合循环发动机的进气道特性是决定整体方案可行性的关键因素之一。本文针对XTER（Xiamen Turbine Ejector Ramjet）组合动力总体需求，详细梳理了XTER内收缩组合进气道的设计理念及设计要素，在此基础上重点分析了该组合进气道的流动结构及特性规律。结果表明，XTER组合进气道各设计要素及设计约束相互耦合，分流调节机构是组合进气道设计的核心，其设计难度高且使设计要素的相互制约问题更为突出。在全速域马赫数0～6范围内，XTER内收缩组合进气道的流动结构差异显著，但总流量系数均维持在0.75以上，有效保障了组合发动机的流量捕获，且分流调节机构能够实现模态转换过程中流量的平稳过渡。在马赫数2.5涡轮-引射亚燃模态转换过程中，引射亚燃通道及超燃通道总压恢复均稳定上升，在模态转换完成时总压恢复均接近或超过0.85。在区间马赫数3～4.5的引射亚燃-超燃模态转换过程中，进气道总流量系数由0.81提升至0.90，引射亚燃通道在前62.5%的进程中保持较高的总压恢复性能，表明该通道在前半程的模态转换过程中仍具有较强的工作能力。综合来看，XTER内收缩组合进气道的气动特性能够满足动力方案总体需求，全速域范围内流量系数变化缓和，模态转换过程中通道性能过渡平稳，具备宽速域连续正常工作能力。

AC-SDBD等离子体激励防/除冰研究现状与展望

孟宣市, 惠伟伟, 易贤, 蔡晋生, 李华星

2022, 40(2): 31-49. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0159

[摘要](428) HTML(170) PDF(69)

摘要:
层流控制、复合材料、全电驱动等创新性航空技术的应用给传统防/除冰方法带来了新的挑战。基于高电压驱动的表面介质阻挡放电等离子体激励新概念防/除冰方法因其没有复杂的机械构造和潜在的气动耗损，从而有潜力成为下一代飞行器采用的防/除冰方法。该综述从飞行过程中的结冰与防/除冰研究、等离子体空气动力与热激励特性研究、等离子体激励防/除冰研究等三个方面，对等离子体防/除冰方法的研究现状和发展趋势进行了分析，指出等离子体防/除冰研究的关键科学问题主要包括：1）以等离子体空气动力与热激励为主要因素的多物理场耦合机制；2）等离子体激励下多物理场非平衡相变演化规律与防/除冰机理。上述科学问题的研究包含了等离子体物理特性、流动控制机理、结冰机理、防/除冰规律等众多流体力学前沿方向，等离子体防/除冰研究的难点在于涉及多物理场耦合和多时间尺度，因此，相应的数值模拟方法与实验观测技术成为解决上述科学问题的关键突破点。探索等离子体激励防/除冰机制以及解决面向工程应用的技术问题，是下一步需要聚焦的研究方向。

螺旋桨中的流动噪声问题

吴佳峰, 黄迅

2022, 40(3): 10-21. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0180

[摘要](811) HTML(179) PDF(229)

摘要:
螺旋桨噪声在航空航天和水中装备等领域广泛存在，是气动声学领域的重要问题和难点问题。螺旋桨噪声问题涉及时间和空间上非均匀各向异性的湍流来流，乃至多尺度的湍流结构与叶片之间的复杂干涉作用，对于螺旋桨噪声问题中的物理机制尚需进一步探索。本文首先针对20世纪70年代提出的螺旋桨吸入湍流噪声的基线问题，详述了50年来螺旋桨噪声研究的发展历史，分析和归纳了螺旋桨噪声在理论、试验和计算等方面的研究成果，并对一些尚未解决的难点进行了阐述。接着介绍了转静干涉、吸入边界层湍流等螺旋桨噪声的若干基本问题。最后，结合实际需求，对下一代飞行器、无人机和水中装备等领域的研究历史和发展现状进行了阐述，并对螺旋桨噪声研究的未来发展方向和潜在应用进行了展望。

风能利用中的空气动力学研究进展Ⅰ：风力机气动特性

王同光, 田琳琳, 钟伟, 王珑, 朱呈勇

2022, 40(4): 1-21. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0114

[摘要](623) HTML(163) PDF(173)

摘要:
随着世界各国纲领性行业政策的积极制定，风电行业将继续高速发展。风电机组大型化（达到多兆瓦级甚至十兆瓦级）、海洋化（从陆地扩展至海上）、智能化（辅以智能化结构、材料和控制策略）、数字化（精准预测和实时感知调控）是风电发展的大趋势。空气动力学研究作为风力机技术研发的首要任务，由此将面临一系列新的问题和挑战。本文以水平轴风力机为研究对象，就其风能利用中的空气动力学问题进行探讨，本篇为第一部分“风力机气动特性”。首先分析其空气动力学问题的复杂性及原因；然后，针对风力机专用翼型的气动特性、风力机气动特性、现代化风力机设计（特别是海上风电技术、台风问题、大叶片气弹问题）与流动控制等关键空气动力学问题，从理论分析、数值计算、风洞实验和外场测量等多种研究手段与技术着手，对其研究现状及取得的关键进展进行综述和讨论；最后对今后的研究方向进行分析与展望，为大尺寸风力机叶片设计提供参考。

海上浮式风机的一体化建模及其整体可靠性

陈建兵, 宋玉鹏

2022, 40(4): 191-202. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0405

[摘要](327) HTML(1351) PDF(84)

摘要:
基于整体可靠性的结构设计方法是保障海上浮式风机结构安全性与经济性，使得浮式风机能够适用于大规模深远海风能开发的关键。本文首先简要评述了浮式风机结构建模与可靠性分析的主要方法。为了分析风-浪联合作用下浮式风机结构的整体可靠性，介绍了结合多体动力学理论与有限元方法的浮式风机结构一体化耦合动力学分析模型。同时基于我国南海某场址长期风-浪再分析数据，并采用Copula方法建立风-浪多参数非线性相关的联合概率分布模型，从而合理考虑风-浪联合作用。在此基础上，引入概率密度演化理论，实现浮式风机结构的整体可靠性高效分析。针对海上风机结构国际设计规范中定义的极端风剪不利工况，采用上述方法进行了额定风速和极端风剪条件下海上单柱式浮式风机结构的整体可靠度分析。

交流电弧等离子体炬及其应用的研究进展

周法, 马汉东, 陈海群, 朱兴营, 刘祥

2022, 40(5): 15-29. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0176

[摘要](702) HTML(115) PDF(90)

摘要:
电弧等离子体因其高温、高能量密度、高活性等特点广泛应用于冶金、化工、能源环保以及航空航天等领域。目前，产生电弧等离子体主要采用直流或交流电源等驱动方式。由于交流电弧等离子体技术与其他方式相比，具有较低的装备开发与运行成本、较长的电极使用寿命以及较高的热效率等优势，在工业应用领域具有广泛的应用前景。本文综述了国内外多家研究机构在交流电弧等离子体技术和装备开发以及工业应用方面的最新研究进展，详细阐述了不同类型交流电弧等离子体炬的结构特点、电弧特性及其影响因素以及不同电极材料的烧蚀特性，同时，对于交流电弧等离子体炬在碳纳米材料的制备以及固体废弃物的热处理等方面的应用情况进行了详细的阐述，获得了不同类型交流电弧等离子体炬的工作特性和应用效果。

高超声速飞行器主动质量引射热防护技术研究进展

沈斌贤, 曾磊, 刘骁, 周述光, 葛强

2022, 40(6): 1-13. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0185

[摘要](503) HTML(387) PDF(178)

摘要:
质量引射式热防护是解决未来长时间高超声速飞行器热防护问题的重要方案之一。本文介绍了发汗冷却、气膜冷却、逆向射流三种典型的主动质量引射热防护技术的作用机理，从冷却剂注入方式、流场特征及冷却效率三个方面比较了三种方案的特点。从应用的角度分析了三种方案现阶段的局限性，介绍了几种能够弥补各自缺陷的组合方案。最后从多场耦合分析方法、引射结构设计及优化、热防护系统的优化及效能评估三个方面对质量引射热防护的进一步发展提出展望。

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