以汽车的车身优化为研究目的,首先分析了流体基本形式以及流体的力学基本方程,然后针对汽车车身的造型特征,筛选出6种对汽车空气动力学影响大的特征。以气动系数和升力系数为优化目标,利用流体力学软件Fluent,根据特征因素的显著性差异取其相应的最佳指标值,从而获得最佳的车身造型。通过建模的方法改进汽车车身,仿真结果显示,汽车的动力性和操纵稳定性显著提高,说明利用数值仿真模拟方法能够更加全面、准确地优化汽车车身造型,对企业产品的研发优化有重大现实意义。

采用一体化耦合分析方法进行高超声速飞行器气动加热/结构温度场的耦合计算,其中流场和结构温度场均采用有限体积法计算,且共用交界面和节点以便于壁面热流和壁面温度的数据传递。结果表明在时间步长为0.001 s时即可获得收敛的耦合计算结果。此外随着耦合计算的进行,壁面压力分布基本无变化,壁面热流分布逐渐降低,壁面温度分布逐渐升高,且热流和温度的变化率逐渐减小。

动刚度是指结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力。旋扣钳作为石油钻井平台井口关键设备之一,研究其动刚度,以提高其动力学性能。对气动旋扣钳的主件进行了动刚度研究,通过锤击法来测量气动旋扣钳主件的结构动刚度,得到了气动旋扣钳主件的动刚度曲线。由动刚度曲线得到的前四阶固有频率,与用有限元法模拟计算的前四阶固有频率吻合,误差小于10%。分析动刚度曲线,表明动刚度随频率的变化而变化,激振频率等于固有频率时动刚度最小。研究成果为进一步提高气动旋扣钳的动力学性能提供理论依据。

研究了一种扩大气动量仪电子柱量程的方法。以典型的差压式气动量仪电子柱为例,研究不同条件下气动量仪电子柱的实际输出特性曲线。通过对比不同特性曲线,提出"虚拟标件"的概念,在保留原有符合精度要求的线性段的基础上改进算法,扩大了测量范围,并进行了实验验证。实验结果表明,在保证精度的前提下,气动量仪电子柱的量程扩大了两倍,证明了方法和算法是可行的。相较于其他方法,该方法不需要升级原有的硬件设施,不增加成本,更易于实现,便与推广。

以单圆柱绕流为研究对象,研究了基于流场瞬态压力脉动进行流场重构的POD方法;探讨了模态阶数对POD重构流场不同位置噪声精度的影响;提出了一种利用单圆柱绕流气动噪声POD模型叠加快速计算双圆柱绕流气动噪声的方法。结果表明非尾流区和尾流区都可以采用POD方法重构,增加模态阶数可以提高POD重构流场噪声的精度;在相同模态阶数下,POD重构流场噪声在非尾流区的精度比在尾流区高;快速计算气动噪声的方法是可行的。

冲压空气涡轮是飞机的应急动力装置。依据叶素动量理论对冲压空气涡轮叶片进行气动设计,对设计的冲压空气涡轮进行计算流体力学仿真,研究了来流速度、安装角与冲压空气涡轮输出功率的关系,不同偏航角对冲压空气涡轮性能的影响及评估方法,绘制冲压空气涡轮输出功率随来流速度、安装角的变化曲线。研究发现,偏航角小于15°时,冲压空气涡轮的性能下降满足cos 3γ评价法则,但随着偏航角的增大,这个法则不再适用。

翻料机构在石油管材生产线中应用较频繁,为使翻料机构运行更加平稳、安全,研制了用可编程逻辑控制器(PLC)控制的气动挡管装置。挡管装置主要由支架、可伸缩式管柱、挡管组件等构成。实际运行表明,安装气动挡管装置后,PLC自动控制挡料组件与管体接触后分离,以减轻大口径管体对翻料机构的冲击力,降低翻料机构的故障率。

民机前缘缝翼收起后与固定翼形成的后台阶破坏了机翼的气动外形,影响飞机的气动特性。基于某超临界翼型,采用CFD数值模拟方法研究了缝翼后缘台阶对干净翼高速气动特性的影响,计算对象为光顺翼型机翼和带后台阶翼型机翼,计算来流马赫数为0.711。数值模拟结果表明后台阶的存在导致机翼升力减小、阻力增大,但仅对后台阶附近区域的压力分布产生明显影响。

针对现代大型民用飞机静气动弹性载荷分析的需求,建立了策略化的弹性载荷设计方法。采用工程梁法、平板面元法、高阶面元法和大变形法,并引入风洞试验或CFD气动压力数据对飞机压力分布进行修正,对某大型民用飞机进行弹性载荷分析。研究表明在飞机概念设计阶段,可采用工程梁法实现几十万种工况弹性载荷快速分析;在初步设计阶段,可采用优化的工程梁法和平板面元法进行几千种工况的弹性载荷分析;在详细设计阶段,可采用高阶面元法和大变形法进行几百种工况的弹性载荷分析。该策略化的静气动弹性载荷设计方法精度高、效率高,满足了大型民用飞机弹性载荷不同设计阶段需求,具有较强的工程适用性。

针对高速动静压气体轴承气膜的复杂非线性动力学行为,搭建半球面螺旋槽动静压气体轴承转子试验台,以试验数据为基础,结合小扰动理论,对系统动态特性进行线性化分析,建立轴承转子系统动力学和运动学模型,构建基于振动数据的瞬态刚度阻尼计算方法,结合滑动平均法分析不同转速情况下转子偏心量、供气压力对轴承动态特性系数的影响规律。结果表明随着偏心量的增大气膜刚度和阻尼均有不同程度的增加;随着转速升高刚度持续增大,在31000r/min时先减小后趋于稳定、阻尼则呈线性增大趋势;随着供气压力的增大气膜刚度增大,阻尼则先升高后趋于稳定;供气压力在0.6MPa,偏心量为52μm,转速设定为31000r/min时可以保证较大刚度和阻尼,同时具有良好的稳定性。