增升和减阻是民用飞机设计的永恒目标。本文对民用飞机减阻技术最新进展及未来发展进行综述,在此基础上,报道了计算所团队通过数值优化设计及主动流动控制实现减阻的研究进展。为此,发展了基于壁面模化大涡模拟(WMLES)准确模拟湍流边界层的先进数值方法,以及利用伴随方程方法实现气动外形快速数值优化的技术。在具体实践中,通过组合基于自由变形(FFD)的几何参数化模块、基于线弹性体法的网格变形模块,以及基于伴随方程方法和序列二次规划(SQP)的优化算法模块,搭建了面向工程、适于超大规模变量优化设计的整机气动优化设计平台,在NASACRM模型上实现了设计变量超过600的大变量、跨声速气动数值优化设计,在合理的工程约束条件下,有效削弱了机翼表面激波,总体减阻率达到2%以上;通过对湍流平板边界层外层结构进行射流非定常控制,在中等雷诺...

基于三维、不可压和定常N-S方程的数值模拟计算方法,从空调机组的安装位置和高度等2个方向着手,分析不同方案下列车运行时的气动特性。研究结果表明:当头车空调位置远离车头、尾车空调位置靠近车尾时列车总阻力最大,较之其他方案大2.66%左右;空调阻力随着车体高度增加而逐渐减小,当车体增加高度达到350 mm时,3节车总阻力下降7.55%,但与此同时,列车在横风环境下运行稳定性变差。

针对攻击舰艇的反舰导弹设计了一种复合干扰火箭弹,对雷达、红外以及雷达/红外复合制导的反舰导弹进行干扰,实现舰艇的自我防御。根据战技指标要求设计了干扰弹的外形结构,仿真分析了不同结构外形对气动特性的影响,用正交试验法选出了最优的结构方案,验证了设计的干扰弹弹道满足弹道要求。

后缘舵在机翼的遮挡下其热流峰值明显低于全动舵,但因其与机身、机翼均会发生干扰,其局部流动结构和热环境特性更为复杂。基于数值模拟方法及风洞试验开展了后缘舵/机身缝隙干扰区的气动加热机理研究,发现后缘舵在机身上的投影线处形成一条高热流条带,该热流条带上的热流干扰因子远大于压力干扰因子。数值模拟结果及风洞试验的纳米示踪的平面激光散射技术均表明产生这一现象的原因是气流在翼面迎背风压差的作用下穿过缝隙对机身与舵之间的漩涡产生抽吸,高温气体向机体下方运动在机身上再附形成高热流带。基于此分析,提出通过底面局部倒圆角、减小漩涡再附角度进而降低机身干扰热流峰值的局部外形优化方法。3个典型工况的数值计算结果表明,优化后的模型较原始模型峰值热流降热幅度达到了27%~31%,降热效果显著。

机车运行过程中,排障器能有效地清除轨道上的障碍物,同时由于受到气动阻力作用,排障器对机车的气动性能有一定影响。采用求解三维、不可压、定常N-S方程的数值计算方法分别对安装不同外形排障器的机车运行时气动性能进行模拟,并针对模拟结果提出外形结构优化方案。结果表明:在机车运行时,不同外形排障器迎风面受到的气动阻力均较大,占机车气动总阻力的26.09%~31.82%;通过对排障器的迎风端面进行开孔处理,可以有效地减少排障器受到的气动阻力,阻力系数减少2%~10%;在同等的开孔面积下,开孔方向对减阻效果有一定影响,横向开孔方案比竖向开孔方案减阻效果更佳。