高超声速飞行器壁面催化效应会导致激波层中原子在壁面处复合释热,加剧周围气动热环境。针对高超声速流动壁面催化特性,选择不同飞行马赫数及高度条件,采用完全催化和非催化两种条件对球锥模型壁面热流率进行数值模拟计算,研究壁面催化效应对气动热的影响规律。结果表明,固定飞行高度时,壁面催化效应对气动热的影响随马赫数增加而加强,Ma=25条件下驻点处完全催化与非催化热流比值高达1.92;固定飞行马赫数时,在50 km高空以上壁面催化效应对气动热的影响随高度增加而减弱;壁面催化效应不仅会影响壁面附近的流场特性及组分分布状态,而且对整个激波层都有一定的影响作用。

采用近距鸭翼的概念以解决翼身融合布局(BWB)飞机低速低头力矩过大问题,通过对带有不同安装位置和平面形状鸭翼的BWB飞机开展数值模拟研究,分析低速下鸭翼影响BWB飞机气动性能的流动机理,以及升力和力矩方面的收益。研究表明:在大迎角下,鸭翼使BWB飞机内翼段在涡核破裂后仍能形成稳定的集中涡并保持较高强度,增加BWB飞机本身的失速迎角,提升了该布局大迎角下的升力以及抬头控制能力;且鸭翼对BWB布局飞机气动性能的影响与鸭翼位置及其形状紧密相关,相对位置较高的鸭翼可以与BWB飞机本体之间产生更为有利的干扰,达到增升与抬头效果,而鸭翼后掠角越小,越有助于提升BWB飞机的纵向操纵及配平能力。该研究成果可为BWB飞机在未来民机领域的预研和发展提供一定的理论参考。

飞翼布局具有较好的气动和隐身性能,但也存在航向稳定性缺失、航向操纵效能不足等先天缺点。针对一种小展弦比变体飞翼布局飞机,提出了多功能变体尾翼概念,可依据飞行和任务需求自适应改变飞机气动布局形式,以解决飞翼布局的横航向稳定性与控制问题,同时又兼顾全机的隐身特性。通过对多功能变体尾翼气动、隐身特性研究,以及风洞、微波暗室试验验证,表明该变体尾翼具有良好的气动-隐身综合性能。以马赫数0.9、迎角0°为例,尾翼打开45°后,偏航力矩系数对侧滑角导数值从-0.0001增大至0.0004,航向稳定性明显得到改善;马赫数0.9和2.0时,尾翼上反打开45°后,焦点分别后移1.0%和前移5.3%平均气动弦长;隐身特性方面,尾翼打开时隐身性能有所下降,尤其是对"垂直-垂直"极化影响较大,雷达散射面积峰值视角变宽,平均高出约5dB (X^Ku频段)。对于小展弦比变体飞...

智能可变形飞行器是当前航空航天飞行器研究领域的一个热点,是最有可能带来航空航天技术变革,产生颠覆性影响的领域之一,因此受到国内外的广泛关注。本文首先指出飞行器可变形的需求主要来源于如下几个方面,即:1)未来飞行器的飞行空域、速域不断扩大,固定外形可能无法满足不同飞行工况对飞行器气动和飞行性能的需求;2)单架飞行器实现多个飞行使命和任务,可能需要飞行器在执行不同飞行任务时具有不同的气动外形;3)提升现有飞行器的气动总体性能,要求其在各个飞行阶段,通过调整气动外形,使其始终保持优良的气动和飞行性能。介绍了现代意义上的智能可变形飞行器所包含的“变形”和“智能”两方面的含义,其中“变形”是指不同空间尺度(局部、分布、整体)和时间尺度的连续变形,涵盖的范围很宽。按照变形尺度和实现的功能将其划分为三...

基于"第一届CHN-T1标模CFD可信度研讨会"的相关计算安排,采用CFL3D求解器结合组委会提供的结构网格进行CHN-T1标模的气动特性计算。对比发现CFL3D求解器的SST湍流模式相对SA模式具有更好的网格收敛性。对标模的抖振特性进行了分析,发现抖振起源于机翼中段的激波/边界层干扰,进入抖振状态后当迎角继续增大,激波将持续增强,同时外翼段的后加载减小,使得低头力矩下降,操纵特性变差。对静气弹效应进行了分析,发现该效应主要影响了变形较大位置的升力系数以及激波强度。大雷诺数下机翼截面压力分布后加载包围的面积增大,机翼上表面超声速区的吸力平台有所下降。

高压捕获翼是一种可以在高超声速条件下同时获得高升阻比、高容积率和高升力系数的新型布局概念。为初步分析该类新型布局的宽速域气动特性,以一种圆锥-圆台体组合高压捕获翼原理性构型为计算模型,以典型跨声速条件(马赫数0.92、0°攻角)为计算工况,进行了计算和分析。流场分析结果表明,在跨声速流动条件下,机体与高压捕获翼之间存在比较强烈的气动干扰,且干扰的强烈程度与高压捕获翼-机体间的垂向距离大小直接相关。与不带捕获翼的参考构型相比,增加捕获翼会导致机体尾部分离区范围增大,并在机体与捕获翼之间的开放通道内形成类似于变截面收缩管的流动,致使沿流向方向出现了明显的激波串,进而导致捕获翼下表面壁面压力出现较为明显的波动。同时,由于机体和捕获翼间的垂直距离沿展向方向逐渐增加,导致该波动在对称面附近最为剧...

由于叶尖间隙会降低叶轮机的工作效率,并且会增大噪声辐射强度,因此在叶轮机设计和运行过程中需要特别关注这一设计参数的具体影响。基于叶轮机单音噪声流场/声场混合预测模型,研究了不同转子叶尖间隙对单级轴流风扇气动性能和单音噪声强度的影响规律。研究发现,转子出口尾迹宽度和尾迹强度都随转子叶尖间隙的增大而增大,但是尾迹相位分布几乎没有改变,因此当尾迹与下游静子叶片干涉时,主要影响静子叶片表面的非定常载荷强度,而不会影响其主要的相位分布;2.5 mm的叶尖间隙(0.94%叶片高度)使得风扇流量减小了约2%,风扇效率下降了约1%,向前传播的1倍叶片通过频率(Blade Passing Frequency,BPF)单音噪声声功率级增大了1.5 dB,向后传播的1BPF单音噪声声功率级增大了0.7 dB;叶尖间隙变化对2BPF和3BPF对应的单音噪声强度影响都小于1 dB。

低声爆气动外形设计是超声速民机研发的一项关键技术。基于笛卡尔无黏求解器进行了典型民机构型的低声爆设计选型,主要研究了机身轴线弯曲度、机翼平面形状、机身截面积特征等因素对近场过压分布的影响,最终选型出一种超声速飞机气动布局。在此气动布局基础之上,结合自主研发的流场/声爆耦合伴随优化设计软件AMDEsign,在指定的低噪声水平声爆信号的条件下,通过对远场声爆信号进行高效反设计,实现了超声速低声爆气动外形的大规模设计变量数值优化,感觉噪声级大幅度降低,分析了外形变化对声爆抑制作用以及近场波系形态,同时也验证了综合设计技术的有效性。

利用大涡模拟(LES)方法研究了顶部定常狭缝吸气对正方形截面有限长柱体的气动力与绕流特性的影响规律。对比了吸气系数Q=0、1、3时的气动力特性及绕流情况,尤其是自由端附近的流动结构。Q=U/U∞,其中U为吸气狭缝入口风速,U∞为自由来流速度。研究发现,顶部定常吸气可以有效地抑制三维柱体气动力,且Q=1时抑制效果最为显著,相对于无控制工况,时均阻力C D、脉动阻力C′D和脉动升力C′L分别减少了3.92%、19.08%和40.88%。在Q=1时,柱体自由端负压和压力脉动最为显著,有利于柱体两侧形成上升流;顶面压力脉动最强有利于自由端剪切流与尾流间的动量交换,可以有效地抑制柱体展向涡脱落,减小柱体气动力;同时柱体顶面流动出现再附分离现象;而在Q=3时柱体顶面大部分区域流动分离被完全抑制。

优化差分格式一般用于气动声学和湍流等多尺度问题的数值模拟,这类格式为了获得更精确的数值结果通常牺牲了收敛精度阶数。文献[1]中构造了一种七点模板上最高阶精度格式与优化格式的加权组合格式,该格式达到了最优阶收敛精度,并获得了更好的谱分辨率性质。由于该格式比普通优化格式具有更好的谱分辨率性质,这里称其为增强优化格式。本文将讨论基于不同优化格式构造的增强优化格式,通过线性传播方程的数值测试选取表现相对较好的增强优化格式,然后针对声波散射问题进行数值模拟与分析。结果表明,该格式计算结果与六阶中心紧致格式相近,但所需计算时间更短;此外,增强优化格式为显式格式,因此相比紧致格式更容易处理边界条件以及更容易进行并行计算。