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应用空气动力学
2015年09月01日 22:03      浏览:

课题组成员:刘沛清,郭昊,屈秋林,胡天翔

应用空气动力学课题组基于承担国家自然科学基金面上项目大迎角非共面鸭翼涡主动控制技术大迎角鸭翼涡主动高效控制技术研究,青年项目近壁区湍流拟序结构减阻机理研究动态地面效应气动特性及流动机理研究973计划子项目成像平台复杂多模高阶运动误差表征与建模方法,国防基础研究项目平流层飞艇碳纤维复合材料螺旋桨设计研究,开展近距耦合鸭式布局鸭翼涡/机翼涡相互干扰机理与控制、高效轻质螺旋桨设计与优化、地面效应空气动力学等研究,取得了一系列研究进展和成果,部分工作进展入下:

A.       大迎角近距耦合鸭式布局鸭翼涡/机翼涡相互干扰机理与控制

课题组以改善近距耦合鸭式布局在大迎角时遇到的鸭翼失速、控制效率降低以及布局升力系数下降等气动问题为目的,研究鸭翼涡/主翼涡之间的涡系干扰机理,以及鸭翼展向射流间接涡控制技术,取得成果如下:明确了不同迎角范围内鸭翼涡和主翼涡的不同干扰机理,并发现大迎角下涡对的卷并、融合效应及其有利耦合干扰作用;提出了利用鸭翼涡作为涡发生器间接控制鸭式布局流场的新概念,开展了鸭翼展向连续/脉冲射流控制研究,以较小的引气量抑制了鸭翼失速,延缓了主翼涡的破裂,并增大了布局的失速迎角并提高布局的升力系数;研究了动态俯仰过程中的非定常洗流对鸭式布局涡系干扰机理的影响,为进一步开展机动过程中鸭式布局的流动控制手段研究打下了基础。

                   鸭翼涡和主翼涡间的相互干扰                 鸭翼吹气抑制鸭翼失速,延缓主涡破裂

B.        高效轻质螺旋桨设计与优化

课题组针对螺旋桨设计与优化、螺旋桨防冰、螺旋桨噪声、低雷诺数高升力翼型、临近空间低动态飞行器高效螺旋桨推进系统等开展了系统的工作,顺利完成了包括运八(预警200)复合材料螺旋桨气动设计与改型、小鹰500螺旋桨气动与结构设计、海鸥300螺旋桨气动设计、H425直升机尾桨气动设计、直九尾桨事故分析、某高空飞艇高效轻质螺旋桨设计与优化等项目研究,出版专著《空气螺旋桨理论及其应用》。研究过程中,解决了国防与工业部门与螺旋桨相关的诸多理论难题,主要包括:基于片条理论,建立了低速轻载螺旋桨一体化设计方法,设计出的螺旋桨能较好地满足气动设计指标要求;通过实验与数值模拟方法,揭示了螺旋桨复杂流动机理,研究了螺旋桨滑流对机体(如机翼、机身、发动机短舱等)的干扰及其产生的气动特性变化;针对临近空间低动态飞行器低雷诺数、小前进比等特点,研究了螺旋桨相似参数对风洞实验结果的影响,并在此基础上建立了高空飞艇螺旋桨风洞实验平台;利用风洞实验、数值模拟等手段,研究了共轴対旋螺旋桨前后桨干扰机理,提出了适用于共轴对转螺旋桨的片条理论修正方法。

螺旋桨的风洞实验和数值模拟

C.       地面效应空气动力学

课题组采用数值模拟方法,开展静态/动态/突变的弦向地面效应、展向地面效应、三角翼分离流态地面效应等一系列研究,获得如下成果:①依据地面效应的增升能力,将迎角-高度平面划分为三个区域,并获得了不同区域内的气动特性及流动机理;揭示了着陆动态地面效应过程中三个典型阶段内的主控因素,即第一阶段中的迎角修正效应,第二阶段中的静态地面效应,第三阶段中的压缩功效应;获得了舰载机舰面起飞和着舰突变过程的主控物理因素为静态地面效应和平台侧壁引起的气流上洗/下洗作用;发现地面效应中三角翼的增升主要来自于机翼下翼面,且下翼面流场的变化使得前缘涡强度增加,但同时其破裂位置提前。

三角翼地面效应中典型的下翼面流动图画

 

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