为研究头部形状对无人机气动/隐身性能的影响,建立了头部外形改进前后的分析模型。基于FLUENT和物理光学法,研究了不同状态下的气动/隐身性能影响,提出气动性能影响分析的相对变化率概念。结果表明,头部外形改进可明显提高无人机气动性能,迎角4°时,升力系数相对增加率、阻力系数相对减小率、升阻比相对增加率分别为0.2258%,5.505%,6.065%;头部外形改进后,机身下方具有更大面积的高压区而其头部高压区相对较小,增加了升力,减小了阻力;头部外形改进对散射曲线分布影响不大,前向角域RCS曲线向内收缩较大,隐身性能提高,头部外形改进在频率和俯仰角变化时均有隐身性能提升效果,频率增加时,前向角域降低幅值最大可达6.6370 dB,俯仰角变化时可达11.4577 dB;头部外形曲面融合技术可有效提高无人机气动/隐身性能。

本文主要通过用Matlab建立翼型的升力系数和气动中心计算程序,并通过与Profili翼型数据库和已有实验翼型数据进行分析对比,验证本程序计算的可靠性和准确性。之后,通过使用该程序预测国内某公司新研发的无人直升机SUV翼型的升力系数和压力中心位置。

为了给实际工程中并列双幅变截面箱梁的气动升力取值提供参考,针对不同高宽比的双幅箱梁,通过刚性模型测压风洞试验,测试了多个不同风攻角和间距时双幅箱梁的升力系数,并与单幅箱梁的升力系数进行了对比分析。引入干扰因子对下游箱梁的干扰效应进行定量表示。研究结果表明与单幅箱梁相比,上游箱梁的气动升力变化不大,下游箱梁的气动升力变化显著;在大多数正向风攻角下,下游箱梁气动升力的干扰效应表现为明显的减小效应;在负向风攻角下,气动干扰使下游箱梁承受向下的升力,升力值随着风攻角的增大而增大,随着间距和箱梁高宽比的减小而增大。

为优化某飞行器气动外形结构,基于商业软件ANSYS/FLUENT进行网络建模、飞行器流场模拟、气动数据分析,求解出飞行器在0~20°攻角范围内的升力系数和阻力系数。将计算结果同试验数据进行对比,结果表明,升力系数和阻力系数同试验基本一致,说明采用FLUENT建立该模型进行飞行器气动计算方法可行,可为飞行器外形优化提供参考。

采用风洞试验和有限元方法研究不同风攻角下硬跳线的气动力系数和风偏,分析各类硬跳线的阻力系数和升力系数随风速和风攻角的变化特征,给出不同风攻角下硬跳线气动力系数的建议值,提出了考虑山地风场影响的硬跳线体系风偏计算方法。研究表明硬跳线的阻力系数随风速的增加而减小,而升力系数在高风速下基本不变;鼠笼式二分裂、四分裂、六分裂、八分裂和铝管式硬跳线在屏蔽效应最显著风攻角下阻力系数比最大值减少了53.4%、27.4%、25.1%、16.7%和57.4%;各类硬跳线在特定风攻角下均存在较大数值的升力系数;给出了各类硬跳线在不同风攻角下阻力系数和升力系数的建议值,阻力系数最大值可取1.17;水平风加速效应和风攻角对硬跳线的风偏响应有较大的影响,山顶位置风偏增大最显著。

翼型的气动性能数值模拟是翼型气动性能分析和气动优化设计的重要基础。研究表明翼型气动力系数和流场的计算精度受计算网格的影响很大。针对网格划分方法,运用流体力学软件Fluent进行翼型的气动性能数值模拟,研究对翼型流场及气动特性计算结果影响显著的计算网格关键参数。并进行进一步研究,得到具体因素对升力系数计算值准确性的具体影响。

优化载重性能的气动布局设计是当前无人机研究重要方向,为提高物资运载能力和结构性能,基于连接翼、双机身、鸭式布局设计,提出一种新型双机身鸭式布局无人机,采用FLUENT详细研究了两种飞行速度下的升阻特性、压力云图、涡量分布等。研究结果表明,双机身鸭式布局无人机具有较高的升阻性能,速度提高时,升力系数增加而阻力系数减小,速度由30 m/s增加到60 m/s时,最大升力系数增加7.6%,升阻比增加4.8%;从表面压力云图看,升力主要贡献为前机翼、鸭翼和后机翼,失速迎角前后,后机翼未受前机翼和鸭翼气流干扰,提高了无人机的失速特性;巡航迎角状态的涡量较弱,仅在翼梢及部件连接处出现,失速迎角前后,翼梢、部件连接处涡系增强,且产生了干扰,机翼表面趋于分离。

为研究飞行型绳牵引并联机器人的气动力学特性。对并联机器人进行了三维模型的建立,采用流体力学分析软件Fluent对模型计算域进行网格划分和边界条件设置;研究了不同攻角和速度条件下升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数等气动特性。结果表明:在给定飞行速度时,升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数曲线都具有收敛性以及表面压力分布的均匀性。飞行速度较低时,阻力系数随攻角增大而缓慢增大;升力系数随攻角增大而正比增大。飞行速度较高时,阻力系数在攻角为0°~12°时随飞行速度正比增大,飞行速度增大到一定值后,不同速度下的阻力系数差别不大。升力系数在攻角为0°~8°时正比增大,在攻角为8°~16°时,随攻角增大而减小。俯仰力矩系数受到攻角和飞行速度的影响。

针对离网小型垂直轴风力发电机工作中存在的流固耦合作用,根据湍流模型和流固耦合算法建立数学模型,利用COMSOL Mutiphysics软件对风力发电机叶片NACA0012翼型进行流固耦合计算,研究了翼型的气动性能。研究得出NACA0012翼型在攻角为14时开始出现失速特征,在失速前可达到最大升力阻力系数比值,升力约为阻力的55倍,具有优异的使用性能。翼型弦长变化对升阻力系数影响不大,仿真结果与国外公布的实验数据相符,验证了该方法的可行性,为离网小型垂直轴风力发电机叶片翼型设计提供新的理论基础。

高空、长航时无人机属飞机家族中的新成员,在近年来的世界局部战争中,它发挥了侦察、监控、通讯中继的重要作用.在广泛搜集国外风洞试验研究资料的基础上,介绍了高空、长航时无人机在翼型设计、气动力测量、边界层测量方面的风洞试验研究方法.