出于飞行安全的目的,开展了强源场干扰下飞行物气动特性的三维数值模拟工作.建立了三维力学模型,采用验证过的数值方法求解其控制方程组,给出飞行物承受强源场干扰的流场演化,计算得出飞行物气动特性的实时变化.模拟与计算结果表明,强源场的干扰效应一方面依赖于飞行物受扰动前的巡航速度,另一方面受制于强源场演化状态.

通过刚性模型测压风洞试验,在均匀流场中对比研究了不同数量和不同间距串列多圆柱气动力的干扰效应。串列多圆柱两相邻圆柱的中心距L与圆柱的直径D之比L/D的变化范围为1.2~12.0。圆柱数量的变化范围为1~4。试验的雷诺数为3.4×104。试验结果发现串列多圆柱发生流态切换的临界间距比(L/D)cr为3.5~4.0,在临界间距附近,前两个圆柱的时均阻力系数和脉动升力系数突升,其余圆柱则突降,所有圆柱的斯托罗哈数均突升;气动干扰对串列多圆柱时均阻力系数和斯托罗哈数的影响主要表现为减小效应;后方干扰圆柱数量的增加对上游第一个圆柱气动力的影响基本可以忽略;前方干扰圆柱数量的增加对下游最后一个圆柱的气动力影响显著。

对圆角弧边三角形双塔建筑在串列布置时的气动力进行了风洞试验研究,分析了不同排布方式和相对间距对受扰建筑层阻力系数、层升力系数以及基底弯矩系数功率谱密度的影响。试验结果表明平均层阻力和升力系数的干扰效应主要表现为遮挡效应,当施扰建筑弧面迎风时相对更强;平均层阻力系数随间距比减小而减小,当双塔均关于来流方向对称时,平均层升力系数接近0,此时间距影响很小;顶部绕流会减弱遮挡作用,使得顶部附近的平均和脉动层风力系数相对增大;施扰建筑弧面迎风时脱落在尾流的漩涡将显著影响受扰建筑,大幅增强小间距比时受扰建筑的脉动风荷载,并使其横风向基底弯矩系数功率谱的峰值频率受控于尾流漩涡脱落频率。

基于一系列方形截面超高层建筑气动弹性模型测振风洞试验和刚性模型高频天平测力风洞试验,分析了不同折减风速下外形相同的另一个邻近超高层建筑对目标建筑的横风向风致响应的干扰效应,探讨了气动弹性效应对不同折减风速下的干扰因子和一定风速范围内包络干扰因子的影响。结合典型工况下气动阻尼比和加速度响应均方根值随折减风速的变化曲线讨论了气动弹性效应对干扰效应的影响机理。结果表明在近距离斜上游以及正下游干扰位置附近工况下,气动弹性效应放大了受扰建筑在高折减风速下的干扰因子和包络干扰因子;在来流风速小于涡激共振临界风速时,忽略气动弹性效应一般会使包络干扰因子计算值偏于保守。

基于高频天平测力风洞试验技术,在4种模拟风场中对干扰建筑处于36个不同位置时方形截面超高层建筑的基底弯矩进行了测量,分析得到了驰振力系数和驰振临界风速,讨论了风场特性和干扰效应对它们的影响.研究结果表明,无周边建筑的干扰时,方形截面超高层建筑的驰振仅可能发生在风向与建筑体轴之间的夹角小于16°的情况,在有湍流的风场下,0°风向角附近时,发生驰振的可能性最大;当干扰建筑位于目标建筑上游正前方时,目标建筑的在0°风向角时的驰振可能性受到明显的抑制;在湍流风场下,干扰建筑仅处于少数干扰位置时会使目标建筑在0°风向角时的驰振不稳定性有所增大.

为了研究并列双方柱在不同间距比时气动力特性的干扰效应,采用刚性模型测压风洞试验的方法,通过改变两方柱之间的距离,得到了不同间距比下并列双方柱的风压系数、升力系数和阻力系数。结果表明:当间距比1.2≤L/D<2.5时,并列双方柱平均风压系数的干扰效应明显,且主要表现在内侧面,平均阻力系数和脉动升力系数的干扰效应表现为减小效应;当间距比L/D≥2.5时,并列双方柱的平均风压系数、平均阻力系数和脉动升力系数的干扰效应均不明显。