为研究冲压增程制导炮弹在不同弹道阶段的气动特性,依据其工作原理与飞行特点,设计冲压助推、爬升飞行、滑翔控制状态所对应的3种气动外形。运用拼接网格技术与雷诺转捩模型,对冲压增程制导炮弹的三维流场与气动特性进行模拟和数值计算。结果表明:3种气动外形与相同外形参数(除舵翼与头部母线外)但不采用冲压结构形式的鸭式布局制导炮弹(参考弹)相比,升阻力系数规律一致;冲压助推、滑翔控制、爬升飞行外形在相同条件下对应的阻力系数依次递减,分别较参考弹阻力系数增大约50.5%、42.9%、33%;滑翔控制外形因鸭舵展开,相同条件下升力系数较其他两种外形大,又因进气道限制了鸭舵面积,相同条件下升力系数较参考弹小(约小11.9%);弹体摆动减小了冲压发动机进气道的流量系数和总压恢复系数,对其总体性能产生了不利影响。

为了降低汽车的气动阻力,提高燃油经济性,利用Fluent软件进行CFD仿真,研究模型尾部的非光滑结构对MIRA方背模型气动特性的影响。对光滑MIRA方背模型外流场进行分析,验证了仿真方法的可靠性。以凹坑的直径、深度、横向间距和纵向间距为设计变量,以优化气动阻力系数为目标,应用全局优化算法对凹坑非光滑结构的尺寸参数进行了优化。结果表明,优化后的非光滑MIRA方背模型减阻率可达到4.09%。为将非光滑结构引入汽车表面提供了一定的参考依据。

针对风力机叶片翼型形状对结冰过程的影响及其导致的气动特性变化问题,采用欧拉法及热传质原理构建叶片结冰过程的数学模型并进行数值模拟分析。以NH02系列翼型族为例,建立翼型曲率特征模型,研究叶片关键参数如最大厚度对结冰量的影响机制,预测了某翼型在不同工况下的冰形及位置,探究了干净与结冰翼型的升、阻力特性变化规律。结果表明,结冰量与叶片的相对厚度及最大相对厚度所在位置呈正相关性;结冰导致升力系数变化范围为5%~20%,阻力系数为干净翼型的1.4~2.45倍;结冰致使翼型失速迎角变小,翼型提前进入失速状态。

通过刚性测压模型风洞试验,在均匀流场中测试了圆角率R/D=0.4的方形断面在0°~45°风向角、雷诺数Re=0.8×10^5~3.8×10^5时的气动特性。结果表明:试验雷诺数范围内,所有风向角下模型的阻力系数均值、升力系数均值、升力系数脉动值及斯特罗哈数基本上都受到雷诺数的影响。与其他风向角相比,0°~17.5°风向角时,阻力系数均值和升力系数均值受雷诺数的影响更大;7.5°~45°风向角时,升力系数脉动值受雷诺数的影响更大;0°~12.5°风向角时,斯特罗哈数受雷诺数的影响更大。

为研究沙尘环境下高速列车明线运行时的气动特性,基于剪切应力传输模型SST k-w双方程湍流模型和拉格朗日离散相模型,与无沙环境下的高速列车气动特性进行比较,计算分析不同沙粒浓度、不同车速下的高速列车气动特性。计算结果表明:沙尘环境下,当车速一定时,列车整车气动阻力、头车气动阻力、尾车气动阻力均随沙粒浓度增加而逐渐增大,且与沙粒浓度近似呈线性关系;对于气动升力,当车速一定时,头车气动升力绝对值随沙粒浓度的增加而增大,尾车气动升力随车速的增加而降低。该研究成果可为高速列车在沙尘环境中的运行安全提供理论参考。

为了研究机翼安装位置对翼型气动特性的影响,建立一个基于N-S(Navier-Stokes)方程的机翼气动特性数值模拟方法,机翼模型剖面为NACA0012,展弦比为4。首先通过计算结果与标准模型实验结果对比,验证三维网格和计算方法的可靠性与适用性,进一步针对车载系统的关键设计参数开展数值分析。结果表明:车顶流场相较于风洞流场,流场中的速度矢量不完全平行于前进方向,使得不同翼型安装位置处的气动力差别较大;鉴于近车顶效应对模型气动特性有较大影响,对车载试验测量结果带来不可忽视的误差,有必要采用控制实验位置的预处理手段对其进行消除或减弱。

针对多控制面尺寸对弹性前掠翼静气弹响应的影响,基于计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)松耦合静气动弹性数值计算方法,计算和分析了亚声速条件下前、后缘控制面弦向和展向尺寸对前掠翼模型气动特性和弹性变形特性的影响。计算结果表明:当前缘控制面弦向尺寸增大而后缘控制面弦向尺寸减小时,升力特性在迎角变化呈现相反特性,较小迎角条件下,升力特性逐渐变差,较大迎角条件下变好;当前缘控制面弦向尺寸增大而后缘控制面尺寸减小时,较小迎角条件下弯曲变形和扭转变形减缓,而较大迎角时相反;随着前、后缘控制面展向尺寸的增大,升力系数增大,升力特性提高;当前、后缘控制面展向尺寸逐渐增大时,较小迎角条件下弯曲变形加剧,扭转变形减缓,而较大迎角条件下弯曲和扭转变形均有所减缓。计算分析得到的规律可为前掠翼飞行器的设计及优化...

对安装平板小翼和融合小翼后的风力机气动特性和流场分布进行了研究,探究不同小翼对额定工况下风力机总功率、叶片表面压力和叶尖流场分布的影响。结果表明:在叶尖增加小翼可提高风力机总功率,融合小翼具有较好的气动特性,其总功率比无小翼时提高了10.61%;小翼的存在使叶尖吸力面压力降低,叶片表面压差增大,与平板小翼相比,融合小翼叶片表面压差更大;小翼削弱了叶尖绕流强度,使局部诱导速度减小,气动攻角增大,并使叶尖涡的涡核位置远离叶片主体,有效减小了叶尖涡产生的不利影响。

桨毂、起落架、平尾和垂尾等部件对直升机的气动特性、稳定性和操纵性等有比较大的影响,因此获得这些部件的气动特性在直升机研制过程中非常重要。分别采用风洞试验和两种CFD计算方法获得了某无人直升机算例样机的桨毂、起落架、平尾和垂尾四个部件的气动特性,并对三种方法得到的结果进行了对比分析。结果表明部件阻力、侧向力和滚转力矩的风洞试验值与CFD计算取值相差比较大,但是三种方法得到的升力、俯仰力矩和偏航力矩值相差比较小。两种CFD方法计算得到的部件气动特性差别比较小。研究结果可为直升机部件的气动特性风洞试验或数值计算提供一定的参考。

近年来,共轴式直升机飞行速度越来越快,其气动特性也与常规直升机有比较大的差异。采用求解N-S方程的方法对某共轴式直升机算例样机的气动特性进行了数值计算,计算状态包括五种典型的飞行速度。通过分析全机和桨毂等部件的气动特性计算结果发现,在目前直升机的最高飞行速度范围内,共轴式直升机气动特性受飞行速度的影响比较小。未来随着直升机飞行速度进一步提高,全机和桨毂的阻力增长很快,同时全机和垂尾的偏航力矩变化比较大。研究结果对直升机减阻设计和气动布局选型有重要参考。