采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)与Kriging代理模型相结合,建立快速求解气动热参数的降阶模型。引入一种基于换热系数的线性近似方法进行热边界传递,以减少因壁温变化引起的流场迭代。以三维翼面为例,对气动热的计算分析表明,利用POD-Kriging模型快速得到的翼面热流分布与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法得到的热流分布平均误差在7%以下,而且随着POD基模态个数的提高,误差能够明显降低。结果表明该方法具有较好的计算精度,结合线性近似方法处理热边界,在不降低气动热计算精度的前提下,能够大幅度减少计算耗时。

通过建立18个参数的参数化模型,并开发了基于遗传算法的全局优化方法,展开带内流的车身气动优化,获得了气动阻力系数为0.261的低阻优化外形.比较最优车身的仿真和试验结果发现,气动阻力系数仅相差4%,表面压力系数和不同截面速度分布趋势相同、量值相差较小,表明所采用数值仿真方法是正确、可行的.利用本征正交分解对车身尾部截面流场进行能量分解发现,前9阶模态占总能量的54.5%;能量占比最高的1阶模态呈现出尾部拖曳涡的形态,并且拖曳涡的涡核位置不随时间变化而变化.建立了带内流的全局优化方法,获得了经试验验证的带内流低阻车身,为相关产品开发提供借鉴方法和外形参考.

风力机翼型绕流对整机性能以及气动噪声水平具有重要的影响.采用大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方法,求解风力机翼型的非定常流场及远场气动噪声.通过本征正交分解(POD)方法提取翼型在8°攻角下的涡量流场模态.模态结构表明,尾缘涡团和层流分离泡是翼型主要流动的非定常特征.通过扩展本征正交分解(EPOD)方法获得与远场气动噪声最相关的模态结构,揭示与气动噪声产生及传播最相关的边界层中的涡结构与尾迹中的大尺度涡团.

提出了本征正交分解法方法建立叶片气动力降阶模型,快速分析叶片气动特性。采用计算流体力学得到气动力快照矩阵,然后利用本征正交分解法获得尾流激励下的叶片气动力基,从而建立尾流激励下的叶片气动力降阶模型并完成气动力数据重构。分别采用周期信号和正弦信号作为输入,采用计算流体力学和气动力降阶模型方法计算叶片气动力,结果显示采用本征正交分解法降阶模型得到的叶片气动力与计算流体力学计算得到的气动力结果基本一致。证明了基于本征正交分解方法的气动力降阶模型能够快速精确分析尾流激励下的叶片气动力。

气动外形优化设计与飞行器性能分析中,直接运用数值模拟或风洞实验获取气动力的成本高,构建代理模型是提高外形优化和性能分析效率的重要途径.然而,构建模型的过程中,研究者只关注积分后的气动力和力矩信息.本文通过充分利用采样过程中所产生的压力分布信息,来提高建模的精度和泛化性,进而降低样本获取的成本.提出了一种小样本框架下融入压力分布信息的气动力建模方法,首先通过数值模拟或风洞试验获得不同流动参数状态下翼型表面的压力分布信息和气动系数,其次通过本征正交分解技术对压力分布信息进行特征提取,获取不同输入参数状态下压力分布信息对应的POD系数,之后结合输入参数通过Kriging算法对压力分布信息进行建模,将压力分布信息积分得到低精度气动系数的预测模型,最后低精度气动系数结合输入参数通过Kriging算法构造高精度...

由于风力机叶片与塔筒流场相互干涉,实际气动力与理想情况存在较大差异,这种干涉作用造成的气动力差异给叶片与塔筒结构可靠性带来不可忽视的影响.以翼型DU91-W2-250为研究对象,采用瞬态数值分析与本征正交分解方法,考虑叶片和塔筒流场相互干涉作用,分析顺桨工况翼型非稳气动力时频特性及其影响规律,量化不同雷诺数下塔叶相对位置及几何参数对气动力均值、波动幅度和频率的影响程度,通过流场模态能量分布形态分析,揭示流场干涉对气动力的影响机制.结果表明,翼型气动中心至塔筒几何中心的垂直距离、水平距离以及塔筒直径相对于翼型弦长的无量纲参数y*,x*和D*对气动力均有不同程度影响,其中y*对升阻力系数均值影响最大,对频率无明显影响,y*绝对值越大,Cl均值越接近单翼型Cl值,y*绝对值越小升阻力系数波动幅度越大,y*从-12增大到12,升力系数...

宽高比为5∶1矩形断面的非线性自激气动力研究作为钝体空气动力学的基础性和前沿性研究,对钝体断面的非线性气动弹性行为分析有着重要的意义.采用节段模型强迫振动风洞试验,结合模型表面同步测压技术,分析了振幅对宽高比为5∶1矩形试验断面自激气动力频谱特性和表面压力分布特性的影响,并借助本征正交分解分析了模型表面压力的模态特征函数,进而探讨了非线性气动力产生的流动机理.试验及分析结果表明5∶1矩形断面自激气动力的高次谐波分量仅在振幅不小于8°的扭转运动下显著,但线性分量随着振幅增加呈非线性变化;在竖向运动或在小于8°的扭转运动下,模型表面分离再附点位置靠近后缘且在一个周期内保持稳定,对应的压力模态为一阶对称分布,表明此时气动力仅由单一频率的主涡决定;在大于等于8°的扭转运动下,一个周期内模型表面的分...