主动进气格栅可通过控制车辆前端进气开口面积提升燃油经济性。不同车辆行驶工况下的格栅转角和风扇转速控制是主动格栅研究中的一大难点。首先结合风洞试验与数值仿真验证了计算流体力学模拟与发动机冷却系统一维模型的精度,其次通过最优拉丁超立方抽样和神经网络拟合方法构建了主动格栅转角、冷却风扇转速、车速与阻力系数、冷却风速间的近似模型,将其输入至冷却系统模型中,根据实时的发动机冷却需求提供空气流量,并选择阻力系数最小的转角组合进行控制,最终可实现在不同环境温度下使循环工况燃油降比在0.6%~0.7%。

层流控制技术是一个降低摩擦阻力的有效手段,为了设计出更经济、更环保的民用客机,需要开展层流技术的应用探索。随着飞机发动机技术的不断进步,涡扇发动机涵道比在不断增大,因此,短舱尺寸也在跟着加大,如果短舱上能够实现大面积的层流,就可以为全机带来较明显的经济性收益。本文总结了针对宽体客机开展的自然层流(NLF)短舱气动设计、数值计算和风洞试验验证工作。首先针对层流短舱外形进行气动设计,保证巡航点有一定的顺压梯度,随后采用带有γ-Reθ转捩模型的计算流体力学(CFD)工具对设计方案层流区域进行评估,最后开展风洞试验对设计方案和转捩预测工具进行校核验证。该试验在德国ETW跨声速风洞进行,对层流短舱高速气动性能进行校核,采用TSP进行转捩位置测量,结果表明层流区域长度占短舱外表面弦长的30%~55%。

受电弓是高速列车顶部最主要的气动噪声源,合理的导流罩设计是降低受电弓气动噪声的重要方法。通过声学风洞试验的方法,研究缩比模型导流罩对高速列车受电弓气动噪声的影响,采用远场麦克风及声阵列,给出了风速范围为200～250 km·h-1时的升弓、降弓状态下,受电弓和加装导流罩的远场气动噪声频谱、主要噪声源位置、强度和对应频带范围。研究表明,受电弓气动噪声为宽频带噪声,中频噪声源位于受电弓区域后部近车体位置,中高频、高频噪声源对应弓头和支座区域;升弓状态下,导流罩增大了弓头区域的气动噪声能量,在降弓状态下,导流罩减小了弓头和支座的噪声水平。

通过建立18个参数的参数化模型,并开发了基于遗传算法的全局优化方法,展开带内流的车身气动优化,获得了气动阻力系数为0.261的低阻优化外形.比较最优车身的仿真和试验结果发现,气动阻力系数仅相差4%,表面压力系数和不同截面速度分布趋势相同、量值相差较小,表明所采用数值仿真方法是正确、可行的.利用本征正交分解对车身尾部截面流场进行能量分解发现,前9阶模态占总能量的54.5%;能量占比最高的1阶模态呈现出尾部拖曳涡的形态,并且拖曳涡的涡核位置不随时间变化而变化.建立了带内流的全局优化方法,获得了经试验验证的带内流低阻车身,为相关产品开发提供借鉴方法和外形参考.

高速列车的转向架区域是气动减阻研究的重点.通过样条曲线方法建立了高速列车底部结构的7参数化模型,采用计算流体力学及超拉丁立方抽样试验设计方法,研究了底部结构参数对高速列车气动阻力的影响规律.结果表明:底部结构参数对于三车总阻力、头、中、尾各节车气动阻力的影响分别为27%、37%、39%和22%,三车气动阻力对裙板高度、排障器厚度、舱前缘倒角最为敏感.但头、中、尾车影响规律不同于三车,有必要考虑对头、中、尾三车底部结构分别进行气动设计,以达到最优的减阻效果.底部结构参数主要影响列车底部平均流速改变底部结构所受气动阻力,进而影响高速列车气动阻力.

气动噪声源的能级、分布特性及其产生根源还不够清晰。以有限长三维圆柱绕流为研究对象,基于声源方程分析气动噪声源的种类构成及其与气动参数的关系,通过数值计算得到可压非定常流场,利用气动参数定量计算圆柱顶部、中部和底部的声源大小分布,研究声源的分布特性和产生根源。结果表明,在有限长圆柱绕流场中,以偶极子声源为主,单极子声源可以忽略不计,四极子源项的值比偶极子小1～2个数量级。偶极子主要分布在来流分离点及圆柱后壁面湍流涡二次碰撞区域,四极子主要分布在来流分离点及其向后拖曳区域。偶极子声源主要由于圆柱两侧涡脱落处的脉动压力在横向(y方向)上的二阶梯度引起。以上结果为气动噪声控制的进一步研究提供了借鉴和参考。

使用大涡模拟和声扰动方程求解后视镜区域气动噪声的非定常流场和声场.通过比较前侧窗19个测点能量平均总压力级的仿真和试验结果发现,两者仅相差2.3 dB(A),它们频谱变化趋势相同,量值差异较小.在此基础上,建立了主动射流模型,并改变射流位置、方向和速度等参数,采用子域仿真方法得到最优射流方案.将最优射流方案置于整车气动噪声仿真模型中,通过与原始模型对比发现,主动射流增大了后视镜尾部的时均压力,减小了压力梯度,降低了后视镜区域涡流强度,使整车气动阻力系数减少0.002,前侧窗网格节点能量平均的总声功率级降低1.8 dB(A),湍流脉动总功率级降低0.3 dB(A).

对物体高速行驶下的气动噪声现象的认识和描述一直以来都是气动声学领域探索的基本问题和难点问题,尤其对物体近壁面处声源的产生及其声辐射缺乏有效的描述手段。该研究以圆柱绕流为研究对象,结合数值仿真手段,基于涡声方程的声源项描述圆柱绕流近壁面处的声源特性,建立声源识别方法。研究表明,该方法描述的声源存在不该有声源的位置出现声源的现象。研究进一步基于质点振速的矢量波动方程,将不能辐射噪声的源分离,较为准确地识别出了圆柱绕流气动噪声源的大小和位置。该研究在探索识别圆柱绕流气动噪声源方法的同时,也为准确识别气动噪声源特征提供了有效的方法。

虚拟仪器在流量测试技术领域具有很大的优势,文章在实验的基础上分析了LabVIEW环境中不同的流量测量方案对测量准确度的影响,提出了使用缓存技术进行计数器编程的流量测量方法.

本风室试验台通过采用5个喷嘴组合,有效地保证了整个风量范围的测量精度。风室采用可移动的低噪声辅助风机箱,满足了风室进气、出气试验的类型转换的要求。本风室试验系统的测试与控制程序是在Labview平台下实现的,具有自动和手动两种功能。