为了研究穿甲弹卡瓣分离后的气动性能,采用计算流体力学方法结合k-ε二方程湍流模型,建立卡瓣分离后翻转过程数值模型,在与相关实验结果对比验证的基础上,研究了不同翻转角度下卡瓣的气动系数变化规律.结果表明卡瓣的气动参数变化符合周期性变化规律;卡瓣的升力系数、阻力系数和力矩系数与翻转角度密切相关.研究结果为卡瓣结构设计和运动轨迹预测提供基础.

为了使二元收敛喷管同时具有较优的气动特性和红外隐身效果,发展和完善了基于超椭圆截面和圆角矩形截面的二元收敛喷管型面设计方法,分析了2种截面的控制参数,采用多项式函数推导了不同类型的横截面控制参数沿程变化规律,指出了截面控制参数与其沿程变化规律之间的几何约束关系,并进行数值计算和试验分析。结果表明:采用横截面构型的二元喷管具有光顺过渡的几何外形,通过选取合适的截面控制参数和沿程变化规律,均可设计出性能较高的二元收敛喷管。

为研究飞行型绳牵引并联机器人的气动力学特性。对并联机器人进行了三维模型的建立,采用流体力学分析软件Fluent对模型计算域进行网格划分和边界条件设置;研究了不同攻角和速度条件下升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数等气动特性。结果表明:在给定飞行速度时,升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数曲线都具有收敛性以及表面压力分布的均匀性。飞行速度较低时,阻力系数随攻角增大而缓慢增大;升力系数随攻角增大而正比增大。飞行速度较高时,阻力系数在攻角为0°~12°时随飞行速度正比增大,飞行速度增大到一定值后,不同速度下的阻力系数差别不大。升力系数在攻角为0°~8°时正比增大,在攻角为8°~16°时,随攻角增大而减小。俯仰力矩系数受到攻角和飞行速度的影响。

为了提高飞翼布局无人机的起降气动特性,引入了一种新颖的低速控制装置——腹襟翼。基于CFD技术研究了腹襟翼对飞翼布局无人机低速气动特性的影响,并对腹襟翼安装位置,偏角和实度参数进行了气动优化设计研究。经过优化设计的腹襟翼能够大幅提高无人机起飞离地迎角的升力系数和俯仰力矩系数,能够提高无人机的起降气动特性。

采用计算流体力学方法,针对飞翼布局无人机涡扇发动机喷流问题开展了数值模拟研究。首先,应用Reynolds平均Navier-Stokes方程数值模拟方法,对典型飞翼布局无人机数值模拟进行了网格无关性验证;其次,探讨了在工程设计中,由于喷流导致无人机产生的外形变化带来的气动特性差异;最后,针对典型工况下不同落压比喷流条件,研究分析了涡扇发动机喷流效应对无人机气动特性的影响规律。研究结果表明:喷流导致飞翼布局无人机外形发生变化,因此带来6%~9%阻力系数的增量,并使俯仰力矩系数下移;而喷流效应主要影响无人机阻力系数和俯仰力矩系数,影响规律随落压比而变化。

飞机结冰后,其气动特性与不结冰时有较大差异,失速速度及失速迎角发生较大变化,从而导致着陆特性发生较大变化。本文通过对某型飞机机翼不同结冰时间下的升力特性进行计算,并对相应结冰时间下的着陆特性进行计算分析,较直观的给出了机翼结冰对飞机气动力和着陆特性的影响,可以用于指导飞机机翼结冰条件下的飞行。

采用TRIP3.0软件平台(TRIsonic Platform version 3.0),对第一届航空CFD(Computational Fluid Dynamics)可信度研讨会组委会提供的运输机标模构型(CHiNa-Transport,CHN-T1)进行了流动数值模拟。本文采用粗、中、细三套网格及百亿极细网格进行了网格收敛性研究;采用相应网格分别从气动特性、压力系数分布曲线、表面流态三个方面分析,研究了支撑装置、机翼静弹性变形以及雷诺数效应对CHN-T1构型气动特性的影响。数值模拟结果与试验结果有良好的一致性。数值模拟得到了网格收敛结果;支撑装置对力矩特性影响较大;机翼静弹性变形对气动特性影响较小;雷诺数效应对气动力特性影响较大。

采用自研的非结构混合网格解算器CARIA-OVERSET对我国第一届航空CFD可信度研讨会提供的运输机标模CHN-T1进行了验证确认计算。重点研究了网格形式、网格尺度、湍流模型等对运输机标模CHN-T1的总体气动特性、局部流场特征、压力分布以及计算收敛性等的影响,并把计算结果与风洞试验数据进行比较分析。分析结果表明,非结构混合网格解算器的计算结果与风洞试验数据吻合度较好。在固定升力条件下,非结构网格的网格尺度误差大于结构网格,湍流模型对迎角和俯仰力矩的影响较大,翼身结合处的分离特性模拟差异较小。带支撑构型的全机升力和低头力矩增加、阻力减小,机翼静气弹变形后升力、阻力和低头力矩均减小。全湍和自由转捩模型的计算结果存在一定差异,差异随着雷诺数的增大而变小。

加装在轻型无人直升机机身左右两侧的外挂武器装备受到机身等部件的气动干扰,气动特性与自由来流时相差比较大。采用RANS方法对带外挂武器装备的轻型无人直升机进行气动特性计算,包括不同机身侧滑角和挂弹数量状态。结果表明挂梁和挂架对外挂武器装备气动特性的影响比较大,外挂武器装备在纵向和航向上是静不稳定的。在有横向来流时,外挂武器装备的阻力和偏航力矩变化比较大。随着导弹不断发射,外挂武器装备的阻力、俯仰力矩和偏航力矩都不断降低,但是升力基本上不变。研究结果可为外挂武器装备减阻设计和气动布局、武器发射策略的选择等提供重要的参考。

电磁比例阀作为一种通过电磁场实现电-机转化的比例阀,能够持续稳定地按比例控制阀出口流量。与传统阀门相比,电磁比例阀具有高性能、低耗电量的优点。呼吸机用电磁比例阀需满足高精度的要求。为了了解呼吸机用电磁比例阀内的气动特性,本文通过数值模拟的方法,探究了不同开度的电磁比例阀和不同进口流量下空气的气动特性,并通过抽取三维涡核直观地展示了比例阀内涡旋强度。模拟结果表明,大开度下阀内压降较低,进口速度比较小;进口流量增加会导致比例阀内压降变大,过高的进口流量不利于比例阀的流量控制。