检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：袁伟豪南京航空航天大学

学位级别：硕士

压气机在向着高负荷、高效率发展过程中必然伴随着级负荷与压气机稳定性之间的矛盾。利用非定常流动控制技术来改善压气机叶尖流场可以提高压气机的失速裕度,进而提高压气机稳定性。本文将以课题组提出的新型微型涡扇发动机的轴流/斜流... 详细信息

压气机在向着高负荷、高效率发展过程中必然伴随着级负荷与压气机稳定性之间的矛盾。利用非定常流动控制技术来改善压气机叶尖流场可以提高压气机的失速裕度,进而提高压气机稳定性。本文将以课题组提出的新型微型涡扇发动机的轴流/斜流串列压气机转子为研究对象,采用数值模拟方法研究该转子不同工况下主要流场特征。随后,针对斜流压气机转子叶尖流场提出一种被动式非定常流动控制方式,即采用机匣开孔并通过自循环引气方式实现非定常激励,研究了关键激励参数对于控制效果的影响规律及该控制方法的扩稳机理。在此基础上,探究了流向分布式激励不同激励参数对于流场控制效果的影响规律,初步分析了该控制方法对于非设计转速下流场的扩稳效果。主要工作和结论如下: 首先,对设计转速串列压气机不同工况下流场研究发现,压气机内部流动损失主要存在于叶尖区域,随着节流程度逐渐加深,叶顶部位流场品质恶化愈发严重,叶尖泄漏涡流经的区域对应着高损失区,叶尖泄漏流与主流交界面向上游推移,其影响通道内主流范围也增大,造成叶尖流场结构也更为混乱,在近失速工况下斜流转子叶尖处出现大范围堵塞区是导致压气机转子失稳的主要原因。非设计转速下叶尖区域也仍是压气机内部损失产生的主要区域,随着转速的提升,斜流转子主叶片和分流叶片吸力面由于叶尖流场结构影响所造成的分离线更靠近叶根区域,说明随转速提升叶尖流场结构对通道内的影响范围在增大。随后,针对斜流压气机转子采用一种自循环周期激励机匣的被动式非定常流动控制方法,以改善其叶尖流场结构,扩大压气机稳定工作裕度。在对比研究激励频率和激励强度对于控制效果的影响规律后,表明该控制方法在有效的控制方案下,激励流量占主流0.05%时,可使压气机流量裕度提升10.7%,同时峰值效率只损失0.3%。施加流动控制后周期性射流作用会降低主叶片叶尖进气攻角,从而减小叶片载荷,同时使主叶片叶尖前缘两侧静压差降低,削弱该处叶尖泄漏流强度,并使泄漏流与主流交界面往下游推移,减小叶尖泄漏流影响范围,起到改善叶尖流场,扩大压气机稳定工作范围的作用。最后,在自循环周期激励机匣非定常流动控制方法基础上,沿流向新增一激励位置,开展分布式非定常流动控制研究,在对比研究激励相位与激励强度对于控制效果影响规律后,表明在分布式激励零相位差下,激励流量占主流0.1%时,可使失速裕度相较于单射流激励得到进一步提升,相较于无控状态其流量裕度提升了12.1%,峰值效率下降1.1%。将扩稳效果最优的分布式激励方案应用于50%及80%设计转速下的串列压气机,发现可以使其流量裕度改进量分别提升16.3%和4%,峰值效率分别降低了1.8%和1.1%,对其流场的研究表明该非定常流动控制方法对于非设计转速也能起到降低叶尖载荷,削弱泄漏涡强度,从而起到扩大压气机稳定工作范围的作用。

关键词：斜流压气机自循环机匣非定常流动控制失速裕度

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压气机叶栅叶尖涡系结构及非定常流动控制研究

压气机叶栅叶尖涡系结构及非定常流动控制研究

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作者：张志远南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文针对NACA64-A905带间隙扩压叶栅叶尖涡系结构的拟序流动特征以及对其流动控制的方法及机理开展了数值计算工作,对扩压叶栅三维拟序流动过程及特性充分研究的基础上,提出了一种在机匣上开抽吸孔的方式来实现非定常激励控制叶尖区域... 详细信息

本文针对NACA64-A905带间隙扩压叶栅叶尖涡系结构的拟序流动特征以及对其流动控制的方法及机理开展了数值计算工作,对扩压叶栅三维拟序流动过程及特性充分研究的基础上,提出了一种在机匣上开抽吸孔的方式来实现非定常激励控制叶尖区域非定常拟序涡结构的技术思路,探究了该形式非定常激励对于流场结构的控制机理,并研究了激励位置对于控制效果的影响规律。本文主要工作和结论如下:首先利用定常数值模拟方法并结合漩涡判别准Q准则的流场可视化技术针对对扩压叶栅叶尖流场结构有重要影响的三个因素:端壁移动速度、来流攻角、叶尖间隙大小对叶尖流场的影响规律进行了研究,研究表明:端壁移动会使通道涡耗散,同时使泄漏涡形态发生改变并且与轴向夹角变大;通过对额定攻角到失速攻角的进口攻角计算发现大攻角下叶背侧分离涡在叶尖转变为叶尖尾缘轴向分离涡,该分离涡一方面不断卷吸泄漏流,使泄漏流周向泄漏速度降低,不再汇入泄漏涡中,另一方面该分离涡也使叶尖间隙内有效通流面积降低,对于泄漏流有一定的抑制作用,当攻角一定时,随着叶尖间隙的变化,存在某一间隙使得抑制作用达到最大,此时的叶尖间隙为最佳间隙,此间隙下叶栅总压损失最小。其次通过大涡模拟的数值计算方法,对近失速工况下的旋涡结构进行研究,发现了叶尖区域次泄漏涡的存在。近失速工况下,主泄漏涡向下游发展过程中会发生破碎,造成叶尖堵塞与熵增损失,而次泄漏涡在通道下游汇入主泄漏涡的过程中也会发生破碎;通过快速傅利叶变换得到叶尖泄漏涡主频,随着泄漏涡向下游发展,泄漏涡频率波动幅值降低,杂频波动幅值增大。通过对不同时刻流场进行分析,得到了分离涡与泄漏涡动态耦合过程,并发现泄漏涡的周期性摆动与叶尖角区分离涡团的周期性脱落是叶尖流场具有非定常性的主要原因。最后本文对不同激励位置对流场的控制效果及机理进行分析,研究表明:激励位置位于叶栅前缘时,总压损失系数下降4.5%,激励位于叶栅尾缘时,无法降低叶栅的总压损失。两种激励位置均可以使叶尖区域前缘的载荷降低,有助于对提高压气机的稳定裕度。通过对有控状态叶尖流场频率研究发现,与无控状态下泄漏涡主频幅值较小不同,此时叶尖泄漏涡存在一个明显的主频,主频大小接近于激励频率大小。与无控状态杂频幅值较大,泄漏涡主频不明显相比,有控状态的杂频幅度值大小得到了较为明显的抑制作用,此时的叶顶区域流场通过非定常激励信号与流场的非线性作用使流场处于较为有序化的共振状态。

关键词：扩压叶栅数值模拟泄漏涡涡系结构非定常流动控制

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微型轴流风扇叶尖非定常流动控制的参数研究

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机械制造与自动化 2024年第6期53卷 196-200页

作者：黄嘉鑫黄国平张呈南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

在微型涡扇发动机中,由于发动机尺寸的减小,风扇中以叶尖泄漏涡系为主的流动损失问题较为突出,影响了风扇的稳定工作范围。采用一种被动式非定常流动控制方式,即机匣开孔并通过自循环引气方式实现非定常激励来改善风扇叶尖流场;通过CFD... 详细信息

在微型涡扇发动机中,由于发动机尺寸的减小,风扇中以叶尖泄漏涡系为主的流动损失问题较为突出,影响了风扇的稳定工作范围。采用一种被动式非定常流动控制方式,即机匣开孔并通过自循环引气方式实现非定常激励来改善风扇叶尖流场;通过CFD数值模拟的方法研究激励频率与激励强度等主要激励参数对控制效果的影响规律。研究结果表明:当激励频率为泄漏涡主频时能得到最佳的扩稳效果;在有效的控制方案下,激励流量仅为主流的0.06%时,可使压气机综合稳定裕度提升31%,同时峰值效率只损失0.37个百分点,为高性能微型涡扇发动机的发展探索了道路。

关键词：自循环机匣处理非定常流动控制激励参数微型轴流风扇微型涡扇发动机

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端壁SJA对压气机叶栅角区分离影响

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航空动力学报 2024年第8期39卷 458-469页

作者：郑维新曾聪陈绍文中国联合重型燃气轮机技术有限公司北京100016 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

针对某型轴流压气机叶栅角区存在流动分离的问题,利用扫频射流激励器(SJA)主动流动控制技术,采用非定常数值计算方法对端壁SJA控制压气机平面叶栅角区分离的影响机理进行研究,分析和讨论了SJA位置布置、射流压比设定、射流偏角设定的影... 详细信息

针对某型轴流压气机叶栅角区存在流动分离的问题,利用扫频射流激励器(SJA)主动流动控制技术,采用非定常数值计算方法对端壁SJA控制压气机平面叶栅角区分离的影响机理进行研究,分析和讨论了SJA位置布置、射流压比设定、射流偏角设定的影响规律和流场特性。研究结果表明:端壁SJA主要影响端壁和叶片表面附面层的发展和迁移,通过抑制集中脱落涡的生成与发展,以达到抑制角区分离、减小角区流动损失的目的;当SJA布置在轴向位置x_(SJA)/b=85%处、靠近吸力面时,降低流动损失的效果最佳;当SJA射流压比大约为1.01时,利用仅占主流0.03%的射流流量就可使得总压损失系数减小13.4%。此外,通过合理设计SJA射流偏角可有效改善端壁SJA存在的“扫掠盲点”问题,使得SJA控制效果得到进一步提高。

关键词：压气机叶栅角区分离扫频射流激励器(SJA) 非定常流动控制射流位置总压损失

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基于适当控制翼型演化历程的气动设计方法

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空气动力学学报 2004年第2期22卷 175-179页

作者：张兆何枫清华大学工程力学系北京100084

本文提出一种翼型设计的新方法,它基于适当控制翼型演化历程,采用求解非定常流动控制方程的方法,实现了翼型反问题的高效求解。同时在笛卡尔坐标系中应用Level Set函数,避免了贴体动网格的采用,从而大大减少了所需计算工作量。

关键词：气动设计翼型反问题非定常流动控制 Level—Set函数

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孔式脉动抽吸控制高负荷压气机叶栅流动分离的机理研究

孔式脉动抽吸控制高负荷压气机叶栅流动分离的机理研究

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作者：张洪鑫哈尔滨工业大学

学位级别：博士

压气机作为航空发动机的关键部件之一,技术含量高,其性能改善对航空发动机整体性能的提高有着至关重要的作用。压气机气动负荷的不断提高,容易导致流道内发生大尺度、强三维的流动分离,进而引起压气机流动损失增加、效率下降,严重时甚... 详细信息

压气机作为航空发动机的关键部件之一,技术含量高,其性能改善对航空发动机整体性能的提高有着至关重要的作用。压气机气动负荷的不断提高,容易导致流道内发生大尺度、强三维的流动分离,进而引起压气机流动损失增加、效率下降,严重时甚至会导致失速、喘振等危险的气动失稳现象。因此,在对压气机复杂内部流动深刻认识的基础上,发展先进可行的流动控制技术来打破现有压气机气动负荷极限,并将其更好地融入到压气机气动设计体系中对高性能高负荷压气机研制具有十分重要的意义。为此,本文提出了孔式脉动抽吸,它通过仅在端壁上布置的抽吸孔来实现,具有抽吸率小、不破坏叶片强度等优点,并从以下几个方面开展了详细的研究工作:首先,采用低速风洞平面叶栅实验手段,验证了孔式脉动抽吸这一新型非定常流动控制方法对轴流压气机叶栅三维角区分离流动控制的有效性,并证实了在相同的时均抽吸率下,脉动抽吸比定常抽吸在三维流场改善和气动性能提升方面具有更大的优势。脉动抽吸相较于定常抽吸主要有两方面的优势:一方面是在相同的抽吸量下,脉动抽吸在抽吸阶段具有更大的抽吸动量,从而对角区分离的影响更明显;另一方面是脉动抽吸能够促进主流区高动量流体与附面层低动量流体之间的掺混,增加高动量流体向附面层的输运,从而更有效地控制三维流动分离。此外,脉动抽吸和脉动射流随激励参数的变化规律存在较大不同,但它们基于各自的最优激励参数时控制效果并未展现出明显的差异。流场内通道涡和集中脱落涡会对高损失区产生主导的影响,它们所引起的损失在叶栅总损失中占据相当大的份额。其中,通道涡被有效地抑制是流场性能提升的主要原因。其次,为获取压气机流道内部更丰富的流动细节和典型的流动特征,以便进一步加强对脉动抽吸作用机制的理解和认识,在实验研究的基础上,又借助数值模拟对主要激励参数展开了更为详细地影响规律分析,并对比研究了定常抽吸和脉动抽吸控制效果的优劣性及其相应的变工况特性。数值结果表明,脉动抽吸具有激励参数依懒性:当激励频率与涡落脱特征频率成倍频关系时,可以实现最佳激励频率正效果;抽吸率越大控制效果越明显;最佳激励位置在靠近上端壁角区分离起始点的附近区域内,当激励位置远离此分离点时,激励效果明显减弱,甚至可能导致流场恶化;前向倾角越小,流场性能提升越显著;当侧向倾角为β=315°时,控制效果更明显。在相同时均抽吸率情况下,相比于定常抽吸,脉动抽吸能够更有效地改善流场性能,并且表现出更好的变工况适应性。发现脉动抽吸相比于定常抽吸控制效果更优的主要原因之一是非定常脉动激励效应使得脉动抽吸能够较好地“适应”或“匹配”原型流场的非定常特性,因而脉动抽吸在重构且改善流场流动状态方面展现了更大的优势。在脉动抽吸的作用下,流场因“锁频”效应呈现受迫振荡现象,导致流场在宏观上趋于更加有序的状态,并且流场内主频脉动被抑制的越显著,损失降低幅度越大,控制效果越明显。同时,基于不同激励模型下脉动抽吸控制效果略有不同,这主要是由于不同激励模型的瞬态速度幅值与变化率和引起流动附加损失的流体剪切及粘性耗散存在一定的相关性。此外,在相同的控制条件下,脉动抽吸、脉动射流和合成射流控制效果随激励参数的变化展现了较明显的差异性,相比于脉动射流和合成射流,脉动抽吸对激励参数具有更优异的变工况适应性和可行性。最后,为进一步提升压气机的气动性能以及尝试将提出的孔式脉动抽吸融入到压气机设计体系,将脉动抽吸与反弯造型技术进行结合,提出了新型联合流动控制方法。采用数值模拟方法,从气动性能和能量消耗两个评价目标,对弯角、激励位置、频率和抽吸率,以及攻角等关键参数进行了详细研究,研究结果表明,基于相同的控制条件,采用联合流动控制方法在减少损失、改善气动性能方面比单一脉动抽吸控制效果更佳,在对主要激励和设计参数进行优化设计的基础上,总压损失最大降低幅度为17.7%,能量效率最高可达504%。

关键词：高负荷压气机非定常流动控制脉动抽吸流动分离低速风洞测试

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附面层振荡抽吸控制高负荷扩压叶栅内部分离流动的机理研究

附面层振荡抽吸控制高负荷扩压叶栅内部分离流动的机理研究

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作者：徐皓哈尔滨工业大学

学位级别：博士

对航空发动机推重比日益提升的要求对轴流压气机的气动设计提出了巨大的挑战。压气机负荷提高的同时,伴随而来的剧烈分离流动不仅严重影响了效率,甚至会阻碍整机的稳定性。所以在保证高负荷工作的同时,维持内部流动高效是叶轮机械从业... 详细信息

对航空发动机推重比日益提升的要求对轴流压气机的气动设计提出了巨大的挑战。压气机负荷提高的同时,伴随而来的剧烈分离流动不仅严重影响了效率,甚至会阻碍整机的稳定性。所以在保证高负荷工作的同时,维持内部流动高效是叶轮机械从业者孜孜以求的理想境界。在被动流动控制手段的潜力逐渐被充分发掘的今天,若要进一步提升压气机级负荷,主动流动控制技术的介入必然是压气机领域未来的发展重点。哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心团队在深刻理解了压气机内部流动机理的基础上,提出了低反动度压气机设计理念。针对转静部件不同的流动情况,释放动叶的扩压需求,而着力于总压升;采用主动控制手段组织静叶流动,实现大幅静压升。动静叶各司其职,各自内部流动矛盾鲜明,且克服了传统吸附式压气机动叶部件上施加主动抽吸带来的结构强度问题。在这一背景下,附面层抽吸技术控制效果是决定低反动概念能否成功实现的重要一环。为了进一步改善抽吸控制的效果,降低成本,并提升对变工况的敏感性,本文将振荡激励引入抽吸流量中,并对其进行了系统的研究。首先开展了关于扩压翼型附面层分离的二维uRANS和LES仿真计算。在相同外部条件下,对比定常抽吸和振荡抽吸在大尺度分离流场中的控制效果。采用模态分析手段对流场进行了分析,探究了振荡抽吸控制背后的非线性物理过程。结果表明,振荡抽吸控制效果受非定常控制参数的影响。当激励频率适当时,振荡抽吸能够进一步减小叶栅损失系数。最优频率受激励幅值影响,但总体来说等于叶片尾缘脱落涡特征频率或其倍频。当激励频率一定时,控制效果并不随着激励幅值的增加而单调改善。振荡抽吸继承了定常抽吸削弱附面层分离程度的优势,在此基础上通过引入周期性激励信号实现了对流场分离结构的重构过程。通过诱导额外涡输运过程来促进回流区低能流体同主流的动量交换。激励后的流场结构更为简单。大涡模拟结果证明了uRANS计算结果对分离流动在定性描述方面的可靠性。对非控流场的稳定性分析表明,分离流场处于中立稳定的状态,在受到外界扰动时,容易发生改变。当引入抽吸控制时,分离流场的全局稳定有所提升,而振荡抽吸控制的流场全局稳定性特征更好。在理清振荡抽吸对二维附面层分离现象的作用机理后,转而在三维平面扩压叶栅中开展了研究。首先在对平面扩压叶栅内部各集中涡系结构进行了在探索。明确了在不同负荷水平扩压叶栅内流动恶化的主次矛盾:在常规负荷时,主要矛盾为通道涡结构;当负荷过高发生角区失速时,此时吸力面分离成为主要叶栅性能的流动结构。在此基础上对基于吸力面槽抽吸方式振荡抽吸控制角区分离流动的效果进行了深入探索。结果表明在振荡激励的作用下,原本角区层状的分离涡被离散成独立的展向涡管并向下游输运。而流向涡系结构(如马蹄涡和通道涡)并未受到较大影响。性能方面,新形成的离散分离涡结构虽然加剧了局部损失的产生,但显著削弱了时均叶栅损失并改善了叶栅通流情况。离散分离涡的形成机理同二维分析中得到的结论基本一致。吸力面抽吸槽产生的非定常扰动诱导分离剪切层卷起集中涡,不同叶高的类似过程共同形成了展向涡管。离散的分离涡促进了主流与回流区内部低能流体的动量交换,提升了低能流体的动量水平,从而起到了减小损失和改善通流的效果。之后在中亚音马赫数来流下的计算结果表明振荡抽吸的更高马赫数时其优势依然能够保持。最后考察了流况最为复杂的级环境中振荡抽吸技术的控制效果。初步验证该技术的有效性。对级流动进行了详细的流动分析,理清各流动现象的主次地位,以为改善振荡抽吸配置提供方向。结果表明:不同的典型工况下,决定压气机级性能的主要矛盾不同:在近失速工况下(NS),静叶中附面层分离相关流动是损失的主要来源;随着流量增加,静叶流动趋于有序,此时动叶叶顶泄漏流动成为左右性能的主要因素,尤其在接近堵塞点(NC)的情况。振荡抽吸技术在吸力面分离现象为主要矛盾的工况下,可以发挥其全部优势;但在静叶流动较好的工况下反而因其带来额外粘性耗散而使级性能下降。虽然在级环境下,动叶尾迹的周期性扫掠会诱导静叶分离附面层成离散状,特征频率同转子转动频率一致,但强度较弱;振荡抽吸诱导的离散吸力面分离涡强度更高,其频率同激励频率一致,其机理同平面叶栅中总结出的规律大体一致。

关键词：高负荷压气机涡系结构模型非定常流动控制模态分析

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流动控制壁面对扑翼获能特性的研究

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应用力学学报 2024年

作者：保燕东曾云李伟忠张官习昆明理工大学冶金与能源工程学院

为了研究非定常流动控制和动态壁面对扑翼获能特性的影响，本研究设计了一种采用波浪形壁面的二维扑翼计算模型。基于RANS模型，分析了波浪形壁面参数、水翼与壁面的距离、水翼与壁面波峰的相对位置对扑翼的水动力学特性的影响。结果表... 详细信息

为了研究非定常流动控制和动态壁面对扑翼获能特性的影响，本研究设计了一种采用波浪形壁面的二维扑翼计算模型。基于RANS模型，分析了波浪形壁面参数、水翼与壁面的距离、水翼与壁面波峰的相对位置对扑翼的水动力学特性的影响。结果表明，在最优的波浪壁面形状参数和水翼的相对位置下，扑翼的获能效率达到52.2%，比KINSEY的计算结果提高了13.52%。波浪形壁面能够增大流场流速，使得扑翼靠近壁面附近低流速区域时表面压差增大；同时增强了涡流强度，延缓尾迹涡的耗散，尾迹涡脱落后吸附在壁面上，增强了扑翼与壁面的相互作用，扑翼表面的压差驱动扑翼起伏和旋转运动，提高了扑翼表面升力变化幅值，进而提升了扑翼的获能效率。希望通过改进壁面形状能够找到提升扑翼获能效率的方法，能够对扑翼获能研究邻域进一步发展提供新方向。

关键词：扑翼非定常流动控制动态壁面波浪形壁面 RANS模型获能特性

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振动壁面流动控制方法的数值研究

振动壁面流动控制方法的数值研究

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作者：邹原驰南京航空航天大学

学位级别：硕士

近年来随着航空器研制的需要和流动控制技术本身的进步,人们越来越注重在各种内流、外流航空流体机械中发展和利用流动控制技术。壁面振动流动控制方法因为其相对于已出现的周期性吹吸气、合成射流等对附面层注入动量的控制方法,具有无... 详细信息

近年来随着航空器研制的需要和流动控制技术本身的进步,人们越来越注重在各种内流、外流航空流体机械中发展和利用流动控制技术。壁面振动流动控制方法因为其相对于已出现的周期性吹吸气、合成射流等对附面层注入动量的控制方法,具有无外接气路、结构重量轻、控制分离潜力大等优点从而越来越受到人们的青睐。本文基于振动壁面流动控制方法的数值模拟,引入了离散数据的李雅普诺夫指数分析方法和本征正交分解分析方法,开展了非定常激励控制扩压通道流动分离的研究工作,主要工作有:1、采用大涡模拟数值方法模拟扩压通道中的流动分离问题,并且在分离点附近安置一段振动边界,采用动网格技术模拟壁面的振动过程,动网格采用弹簧光顺模型,并且和流场联合求解,模拟了振动壁面与流场中涡系结构相互作用的过程,得到了该作用下扩压通道内的流场结构。2、由于大尺度扩压通道内非定常流动结构复杂,以至于难以直接分析,本文引入了本征正交分解方法(POD)来分析非定常流场,利用POD方法将通道内不同尺度的涡系结构剥离开单独分析,从而有针对性的研究对分离起主要作用的大尺度涡系结构。3、数值模拟了无控流场通道内的内流特性,并且采用POD方法对其结果进行了研究,结果表明:一阶模态与其他各阶模态有着本质上的区别,比其他各阶模态起码高了一个数量级;二、三阶模态反映了通道中的大尺度脉动结构,其周期性也与主要分离涡较为接近;流场中的能量主要集中在低阶模态中,通过对低阶模态的分析就能有针对性的研究扩压通道流场的流动特性。4、研究了频率对流动控制效果的影响,在振动频率接近分离涡主频时,流场主频的幅值远大于无控情况,该控制下流场的频谱特性有了明显的改善。POD分解后,对能谱的研究表明,合理的振动频率能够使分离涡的能量向平均流能量转移,从整体上削弱了高阶模态所占的能量,压制了通道内高阶模态对应的复杂流动结构,以达到抑制流动分离的目的。5、研究了不同振幅对流场结构的影响,随着振幅变大,通道内的相对总压损失系数先降低后增大,表明振幅存在一个最佳值使流场的总压损失最小。对不同振幅下流场POD分解后的结果表明过大的振幅虽然会起到削弱高阶模态的作用,但是同样会扰乱平均流,促使一部分平均流的能量转化为脉动能量。6、引入混沌学中的Lyapunov指数来分析非定常流场。通过Takens延迟嵌入定理进行相空间重构,用C-C算法估算时间延迟,最后采用Wolf方法计算最大Lyapunov指数。并用经典的虫口模型来验证计算程序的准确性,在此基础上分析了流场中监测点的静压脉动的时间序列。

关键词：非定常流动控制振动壁面流动分离李雅普诺夫指数本征正交分解

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襟翼吹气增升控制装置风洞试验研究

襟翼吹气增升控制装置风洞试验研究

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作者：韩胜春西华大学

学位级别：硕士

未来飞行器在起飞阶段对于高升力、低噪音等的需求不断增大,传统机械增升控制装置已经很难满足日益增长的需求。而传统机械式增升控制装置结构复杂,装置之间缝隙流动复杂,对飞行器的增升控制有着巨大负面影响。因此如何通过主动流动控... 详细信息

未来飞行器在起飞阶段对于高升力、低噪音等的需求不断增大,传统机械增升控制装置已经很难满足日益增长的需求。而传统机械式增升控制装置结构复杂,装置之间缝隙流动复杂,对飞行器的增升控制有着巨大负面影响。因此如何通过主动流动控制的方法进一步满足飞行器的高升力、低噪音、短距起降等需求是目前先进飞行器的研究重点之一。本文设计了定常、非定常两套襟翼吹气主动流动控制装置,我们通过气动力测试、流动显示技术对这两套装置进行了研究。并在此基础上提出了通过数据驱动的动力学模态分解方法进行主动流动控制装置研究。我们通过这些主动流动控制研究,为未来飞行器提供了一个可供参考方向,本文的主要研究工作包括: 1.基于一款超声速客机模型的定常吹气襟翼流动控制试验。我们通过实验对比了不同吹气系数、不同襟翼偏转角度、不同模型迎角的控制效果。我们发现襟翼吹气流动控制可以有效的提升飞行器最大升阻比,并可以增加襟翼这类机械增升装置的可用角度,之后我们通过PIV(Particle Image Velocimetry)实验,研究了吹气襟翼的流动控制机理,解释了为什么存在不同的控制阶段的问题。 2.基于一款带有简单襟翼特征的超临界翼型的非定常襟翼吹气流动控制实验。我们通过模型荧光油流实验研究了襟翼表面流动结构和控制机理,并在此基础上对控制频率、控制量级这两个流动控制要素进行了控制变量实验。以此来研究控制量级和控制频率这两项要素在主动流动控制中所占比重。我们发现在确定控制频率时,总体的控制现象与定常的控制装置类似,而确定控制量级时,我们发现控制频率对控制效果有着立竿见影的效果。 3.基于一款飞行汽车的机翼中截面流场显示实验,验证了在不进行测力实验时,可以通过简单的动力学模态分解方法进行主动流动控制装置设计研究。我们发现了,DMD方法确实可以有效对流场进行降阶和重构,并通过分解得到的特征频率和模态来分析流场的涡脱频率。

关键词：襟翼吹气主动流动控制增升减阻非定常流动控制动态模态分解

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