耦合内弹道过程的膛口流场数值模拟与分析

为提高武器精度,模拟弹丸射入膛内后的膛口流场,耦合内弹道过程分析弹丸射出炮口前的初始流场和射出后的流场变化.采用内弹道经典模型计算膛内弹后气体流场,建立二维轴对称气体动力学模型计算弹前气体及膛口流场,通过弹前阻力将二者同步耦合计算.计算过程采用非结构网格方法,同时考虑运动弹丸的影响,计算结果与实验流场相吻合.计算结果捕捉到弹丸出炮口后在膛口形成清晰的瓶状波系.分析得到弹丸出炮口后1.5 ms时刻炮膛内外的马赫数轴向分布;此时火药气体在膛外膨胀的最大马赫数可以达到6.32;火药经过激波后气体速度迅速下降到声速以下.由于激波的作用,在激波前后压强会产生阶跃.     

三维扑翼鸟在自主飞行中俯仰角的控制和数值模拟

鸟类向前直飞的飞行状态主要取决于鸟体受到的升力、驱动力和鸟体的俯仰角.选择适当的翅膀拍动和旋转规律可以帮助鸟类获得足够的升力和驱动力,伴随着会产生一定的转动力矩,影响鸟体的俯仰角.本文通过对三维扑翼鸟在黏性不可压流体中自主飞行的数值模拟,揭示了起始俯仰角度和尾巴与躯干所成角度分别对飞行过程中鸟体俯仰角的影响:前者的主要影响限于起飞后的一段时间内,而后者的影响则贯穿整个自主飞行过程.这里使用了一个三维计算流体力学软件包,其中函括了浸入边界法(IBM)、体积函数法(VOF)、自适应多重网格有限体积法和游动与飞行的控制机制.     

一种基于CFD的飞行模拟方法

分析了飞行力学模拟与CFD模拟之间的影响关系。详细考虑了机动飞行过程中飞行参数变化与气动力变化之间的相互影响,开发出基于高精度CFD计算的飞行力学模拟方法。改进了传统飞行力学计算方法,保证了气动数据和飞行数据的计算精度。采用此方法,通过一次数值模拟即可得到飞行过程中气动力及飞行轨迹、飞行速度等的变化过程,可用于对飞行器设计方案进行精细模拟。     

螺旋桨运输机进气道阻力特性分析

以某型螺旋桨运输机带动力装置飞行试验台为研究对象，建立了三维流场模型，采用CFD进行了网格划分及数值计算。以前期飞行试验数据和发动机热力循环模型计算结果为边界条件，开展了不同飞行马赫数、高度及桨叶角的数值计算。选用桨叶角表征发动机状态，分析了不同飞行高度、马赫数、螺旋滑流对进气道前罩作用力和附加前体力影响的变化规律。计算结果表明：不同高度、桨叶角及马赫数均会改变进气道阻力，在马赫数0.5，高度4 km状态下，桨叶角由40°增大至50°，前罩作用力减小1 700 N，附加前体力减小3 600 N,而附加前体力系数及前罩作用力系数随飞行高度基本不变。进气道阻力特性研究为后续试飞中确定涡桨发动机外部阻力特性分析提供了数据支持。     

鸟撞飞机风挡数值模拟研究

目前,鸟撞是威胁航空安全的重要因素之一,飞机风挡抗鸟撞是飞机安全飞行的重要保证。首先介绍了鸟撞飞机风挡的研究现状,利用LS-DYNA3D对鸟撞飞机风挡进行数值模拟,通过建立飞机全尺寸圆弧风挡模型及鸟体简化模型,计算得到风挡结构的变形、位移、有效应力、可能发生破坏的位置、鸟体水平与垂直方向速度、加速度等数据结果。仿真结果表明,鸟撞飞机风挡是发生在毫秒量级的非线性冲击动力学行为,整个撞击过程约5.6 ms,在T=1.8 ms时刻,风挡承受的有效应力最大,为8.304×10~7Pa,鸟体垂直方向加速度达到1.5228×10~4m/s~2。同时,通过选取风挡三个网格单元,得到位移及有效应力变化历程,综合考虑位移和应变结果可知风挡正中心为受到鸟撞后最危险的部位,利用数值模拟方法进行鸟撞风挡分析,可减小时间成本,提高分析问题工作效率,为飞机风挡鸟撞适航验证提供更有效的方法。     

浅谈鸟类的飞行

想要了解鸟类的飞行,你就应注意观察闯入你视线的鸟,比较它们的翅膀、体型和飞行方式,这样,你就容易了解鸟类飞行的奥秘了。鸟类的身体呈流线型,由于体表被羽而使身体具有一个光滑的表面。这种体形在空气中运动,受到的阻力最小。大多数鸟类的翼很发达,因此能使鸟的身体克服地球的吸力而在空中飞行。     

基于四元数法飞行运动方程的逆向仿真算法

逆向仿真算法对于已知飞行状态的验证具有重要的意义.为了避免奇异性,采用四元数法构建了飞机的六自由度运动方程,并进行了四元数方程的仿真分析;介绍了逆向仿真算法的思路,讨论了仿真中关键参数的确定方法;对根据三自由度方程建立的飞机规避导弹时的飞行轨迹进行逆向反推,得出了产生此轨迹需要的输入变量的变化过程,将得出的输入变量作用于基于四元数法的六自由度运动方程中,获得其逆向仿真轨迹.通过对逆向仿真轨迹和原轨迹的比较验证了原飞行轨迹的合理性.     

基于SPH方法的鸟撞飞机风挡的数值模拟

风挡抗鸟撞是飞机安全飞行的重要保证.文中基于飞机圆弧风挡受鸟体撞击的实验观察,建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的有限元分析模型,利用光滑粒子流体动力学法(SPH)耦合有限元法对圆弧风挡受鸟撞击的过程进行了数值模拟,计算得到风挡结构的变形、位移、应变、撞击力、应力、临界撞速、发生破坏的可能位置及其破坏方式等几方面的数据,并考察了SPH粒子疏密对计算结果的影响.研究表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合;鸟撞整个过程约4ms,撞击中点、前1/3处和后1/3处,风挡发生破坏(包括安全破坏)的临界撞速分别约为(540±5)、(600±5)和(470±5)km/h;鸟撞过程中,风挡的位移与其厚度是同一量级,风挡的最大应变已达到10~(-2)量级;风挡首先发生破坏的位置在后弧框附近,然后向与风挡中线成45°角的方向发展;SPH粒子数越多,鸟体变形模态越好.     

临近空间高超声速飞行器轨迹跟踪控制研究

临近空间高超声速飞行器在大空域飞行过程中,呈现复杂的不稳定运动模态,对控制器设计提出了较高的要求。以一种通用临近空间高超声速飞行器纵向运动模型为研究对象,在分析运动模态随飞行空域变化的基础上,提出了一种基于轨迹线性化与反演控制相的轨迹跟踪控制方法。该方法以参考轨迹为基准,采用Jacobian线性化方法动态建立系统平衡状态,采用反演控制方法对跟踪误差进行修正,以实现对参考轨迹的精确跟踪,并通过 Lya-punov方法分析了系统的稳定性。仿真结果表明,论文所设计的控制器在高超声速飞行器大范围飞行过程中具有良好的跟踪性能。     

航空发动机吸雨试验中进气道内水滴粒径变化

摘 要: 为了研究航空发动机吞水试验中,进气道内水滴粒径的变化,通过DPM模型数值仿真的方法,研究了吸雨模拟试验中发动机不同状态下进气道内水滴粒径的变化。计算结果展示了水滴进入进气道后粒径变化和液滴分布,结果表明：发动机不同状态下,不同初始粒径的水滴进入进气道后,液滴的平均体积直径和索太尔平均直径均急剧减小并维持在恒定值;发动机最大状态下,喷水装置以50°锥角喷射,水滴会随气流向进气道中心轴收敛,不同喷嘴喷出的水滴之间存在干涉;慢车状态下,进气道内水滴分布更加广泛,液滴直径值大于最大状态时,靠近进气道边缘的喷嘴会有一部分水滴打在唇口上,并飞溅至进气道外。     

Palaeontology: leg feathers in an Early Cretaceous bird

Here we describe a fossil of an enantiornithine bird from the Early Cretaceous period in China that has substantial plumage feathers attached to its upper leg (tibiotarsus). The discovery could be important in view of the relative length and aerodynamic features of these leg feathers compared with those of the small 'four-winged' gliding dinosaur Microraptor and of the earliest known bird, Archaeopteryx. They may be remnants of earlier long, aerodynamic leg feathers, in keeping with the hypothesis that birds went through a four-winged stage during the evolution of flight.     

Comparative power curves in bird flight

The relationship between mechanical power output and forward velocity in bird flight is controversial, bearing on the comparative physiology and ecology of locomotion. Applied to flying birds, aerodynamic theory predicts that mechanical power should vary as a function of forward velocity in a U-shaped curve. The only empirical test of this theory, using the black-billed magpie (Pica pica), suggests that the mechanical power curve is relatively flat over intermediate velocities. Here, by integrating in vivo measurements of pectoralis force and length change with quasi-steady aerodynamic models developed using data on wing and body movement, we present mechanical power curves for cockatiels (Nymphicus hollandicus) and ringed turtle-doves (Streptopelia risoria). In contrast to the curve reported for magpies, the power curve for cockatiels is acutely concave, whereas that for doves is intermediate in shape and shows higher mass-specific power output at most speeds. We also find that wing-beat frequency and mechanical power output do not necessarily share minima in flying birds. Thus, aspects of morphology, wing kinematics and overall style of flight can greatly affect the magnitude and shape of a species' power curve.     

Aerodynamic configuration optimization by the integration of aerodynamics,aerothermodynamics and trajectory for hypersonic vehicles

The problem of aerodynamic configuration design optimization is a multidisciplinary design optimization （MDO） problem, and recently the MDO method is widely adopted in the field of hypersonic vehicle configuration design. From the aerodynamic point of view, the aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory are considered in this paper. Generally speaking, the aerodynamic characteristics, aerodynamic heating and trajectory are determined by the aerodynamic configuration and the design of flight trajectory. The design method considering these three disciplines is proposed. The parametric geometrical configurations are proposed, and the aerodynamic characteristics are predicted by the rapid and effective engineering method. The optimization of aerodynamic configuration considering the integration of aerodynamics, aerothermodynamics and trajectory is investigated based on the parametric geometrical configuration. Maximum lift-to-drag ratio, maximum range of the trajectory and minimum total heat load of the stagnation point are chosen as the three optimal goals. The detailed research indicates that the optimal configurations and trajectories with different weighting factors can be obtained by the optimization, and there are obvious differences between them. The optimal configuration and flight trajectory obtained by the optimization can be used as the feasible schemes in the future work.     

近地鱼形钝体气动阻力特性研究

采用数值模拟与风洞试验两种方法,研究以粒突箱鲀为仿生原型的近地鱼形钝体气动阻力特性.结果表明,近地鱼形钝体确为气动低阻形体,其尾部大收缩角的形态特征及尾迹区相对简单的流场结构共同决定了该形体的气动低阻特性;从气动阻力系数、表面压力系数及尾迹区流场结构三方面对比分析,SST湍流模型的预测值与试验值较为接近.     

Brilliant Anti-Tank Submunition转平机动的舵效率改进研究

针对Brilliant anti-tank submunition(BAT)舵效率不足,不能有效转入平飞的问题,首先基于气动工程估算的方法计算气动数据,通过与风洞实验数据对比,证明了估算结果的准确性. 估算结果与风洞实验结果同时说明BAT外形舵效率较低,无法提供足够的俯仰过载,弹道仿真进一步表明原外形BAT不能有效地转入平飞. 针对BAT外形舵效率较低的情况,尝试通过对外形的改变来提升舵效率,包括增加弹翼弦长和展长及改变舵位置. 结果表明这些改变均可不同程度上消除原有不足. 进一步研究发现将原副翼舵面改变成尾舵后,可以大幅提升全弹的可用俯仰过载,使BAT机动能力有效提升. 弹道仿真表明外形改进后的BAT可用过载增大,高度变化平滑,可以有效地转入平飞.      

定常喷/吸流动主动控制方法减阻研究

针对Ahmed类车体,在车身斜面选定位置处设置控制槽,采用证明为有效的大涡模拟数值方法,研究喷/吸流动主动控制方法的气动减阻机理及效果.基于流场数据分析发现喷射控制致使车体斜面上流动大分离发生,拖曳涡对得以消除,但尾迹区尺度增大,气动阻力上升;抽吸控制方法抑制和消除展向涡结构的产生及发展,但拖曳涡对未受显著影响,气动阻力下降.     

车身简化对不同轮辐下整车气动阻力变化趋势的影响

针对某A级轿车,首先通过整车风洞试验验证了计算流体力学仿真方法的可靠性,接着基于该数值计算方法,对复杂车身数模进行了封闭格栅、轮拱罩并平顺底部的简化处理,研究了车身简化对不同轮辐工况下整车气动阻力系数变化趋势的影响。结果显示,简化前后阻力系数趋势发生了改变,前后轮和车底部流场出现了明显变化。在此基础上,仅针对发动机复杂的舱内部件进行了不同程度的简化,结果显示,阻力系数趋势对舱内部件的简化也很敏感。因此,在以降低整车气动阻力为目标进行车轮局部优化时,需要谨慎地进行车身的简化工作。     

基于自由变形技术的Ahmed模型气动减阻优化

针对目前汽车气动减阻中基于工程师经验的试凑法所存在的盲目性和低效率,以及气动优化设计中车身曲面难于参数化等问题,将自由变形方法引入汽车气动减阻优化设计中,为减阻优化设计提供一种快速、有效的参数化方法.文中以外形简单的Ahmed模型为研究对象,根据正交试验设计构建样本空间,采用FFD方法对各样本点模型进行参数化,通过CFD仿真获得各样本的气动阻力系数;建立3种常用的近似模型,选择可信度最高的RBF模型构建近似模型,采用多岛遗传算法求解近似模型的最优值,根据优化结果重新构建最优模型并采用CFD计算其气动阻力系数.计算结果显示优化后的Ahmed模型气动阻力系数减少了51.96%.      

相近弹形气动参数的确定方法

提出由已知一种制导炮弹(Ⅰ型)气动特性(利用气动仿真对比计算与飞行对比试验方法)确定另一种气动外形相近的制导炮弹(Ⅱ型)的气动特性的方法.利用Jameson有限体积法求解空间流场的欧拉方程,采用笛卡尔网格技术分别对2种气动外形进行了气动力对比仿真计算.根据对比飞行试验数据对2种弹落点参数、雷达径向速度进行气动参数辨识.结果表明,仿真计算结果与根据落点参数及雷达径向速度辨识结果基本一致.该方法为根据已知气动外形准确确定另一种相近气动外形气动参数提供了一种途径.     

高速列车底部结构参数对气动阻力作用规律

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.