检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2020年第5期41卷 25-65页

作者：韩忠华许晨舟乔建领柳斐池江波孟冠宇张科施宋文萍西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所翼型、叶栅空气动力学重点实验室西安710072

基于高可信度计算流体力学的数值优化设计方法,在提高飞行器气动与综合性能方面正发挥着越来越重要的作用。基于代理模型的优化算法(SBO),由于能够实现高效全局优化,逐渐成为了气动优化设计领域的研究热点之一。近20年来,代理优化算法... 详细信息

基于高可信度计算流体力学的数值优化设计方法,在提高飞行器气动与综合性能方面正发挥着越来越重要的作用。基于代理模型的优化算法(SBO),由于能够实现高效全局优化,逐渐成为了气动优化设计领域的研究热点之一。近20年来,代理优化算法研究已取得了长足进步,多种先进的新型代理模型被提出,优化理论和算法也不断完善和发展。以飞行器精细化气动优化设计为背景,综述了基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展。首先,介绍了基于变可信度代理模型的气动优化设计方法、结合代理模型和伴随方法的气动优化设计方法以及基于非生物进化的并行气动优化设计方法的研究现状和最新进展。然后,针对飞行器气动优化设计学科领域的前沿问题,介绍了基于代理模型的多目标气动优化设计方法、混合反设计/优化设计方法、稳健气动优化设计方法的研究进展,以及基于代理模型的多学科优化设计方法的研究进展。文献综述表明,代理优化算法在设计效率、全局性以及鲁棒性等方面性能优良,已经发展到可以解决100维(100个设计变量)以内的气动优化设计问题,具有良好的工程应用前景。最后,探讨了基于代理模型的高效全局气动优化设计在理论、方法及飞行器设计应用方面所面临的问题和挑战,给出了未来研究方向的建议。

关键词：气动优化设计多学科优化设计代理模型代理优化计算流体力学

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声爆产生、传播和抑制机理研究进展

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航空学报 2022年第12期43卷 71-94页

作者：张力文宋文萍韩忠华钱战森宋笔锋西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西安710072 航空工业空气动力研究院沈阳110034

超声速民机能够显著提升航空运输效率,已成为未来民机发展的重要方向和必然趋势。然而,超声速飞行引起的声爆一直是制约超声速民机能否成功投入商业运营的核心瓶颈问题之一。以发展新一代环保型低声爆超声速民机为背景,综述了国内外在... 详细信息

超声速民机能够显著提升航空运输效率,已成为未来民机发展的重要方向和必然趋势。然而,超声速飞行引起的声爆一直是制约超声速民机能否成功投入商业运营的核心瓶颈问题之一。以发展新一代环保型低声爆超声速民机为背景,综述了国内外在声爆产生、传播和抑制机理领域的现状和最新研究进展。首先,介绍了描述声爆产生的理论以及相关物理解释,总结了声爆形成的两大主要因素:体积效应和升力效应。其次,综述了大气效应作用下声爆传播机理的研究进展和趋势,论述了影响传播的大气介观湍流效应和微观吸收效应两个重要因素。之后,介绍了传播过程中减少激波汇聚、合理调整升力大小或分布及增加有效长度、利用激波折射与相互干扰等3类声爆抑制机理的研究进展。最后,探讨了在声爆产生、传播和抑制机理研究方面所面临的挑战,并给出了未来研究方向的建议。

关键词：超声速民机声爆产生声爆传播声爆抑制大气效应

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分层大气湍流场对远场声爆传播的影响

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航空学报 2023年第2期44卷 120-135页

作者：乔建领韩忠华丁玉临宋文萍宋笔锋西北工业大学航空学院环保型超声速客机研究中心/气动与多学科优化设计研究所西安710072 西北工业大学航空学院翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

研究大气湍流对声爆的影响对于新一代超声速民机的低声爆设计具有重要意义。在真实大气环境中,大气湍流是普遍存在的,其会使低声爆波形在由高空向地面传播的过程中发生扭曲、畸变和振荡,并改变波形的能量分布。利用基于单向近似假设的二... 详细信息

研究大气湍流对声爆的影响对于新一代超声速民机的低声爆设计具有重要意义。在真实大气环境中,大气湍流是普遍存在的,其会使低声爆波形在由高空向地面传播的过程中发生扭曲、畸变和振荡,并改变波形的能量分布。利用基于单向近似假设的二维HOWARD方程,以类Tu-144飞机的N型波和经过JSGD声爆最小化理论设计的低声爆波形为对象,研究分层大气湍流对N型波和低声爆波形的影响。首先,介绍了考虑大气边界层湍流效应的声爆传播模拟方法,包括改进的二维HOWARD方程及其离散求解方法、分层大气湍流场的建模方法,并采用JAXA抛体试验数据对预测方法的有效性进行了验证,同时与KZK方程预测结果进行了对比。其次,运用本文发展方法研究了N型波和低声爆波形在分层大气边界层湍流场中的传播情况,对地面可观测波形的主观噪声级和超压峰值进行了统计分析,发现大气湍流对增大N型波和低声爆波形主观噪声级(ASEL、PLdB)的概率很小,但很大程度上会增强波形超压峰值。最后,通过改变大气湍流生成过程中3个参数的数值,研究了不同强度的大气湍流场对声爆波形的影响,结果表明:风速脉动幅值和湍流积分尺度的增强对N型波和低声爆波形的感觉声压级影响较大,其平均值随湍流强度的增强而减小,但最大值却增大。因此,对于超声速民机低声爆设计来讲,仍然需要确定大气湍流对地面声爆的影响程度,评估湍流场作用下波形偏离设计结果的可能性。

关键词：声爆超声速民机 HOWARD方程大气湍流计算流体力学

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高超声速飞行器宽速域气动布局设计与优化研究进展

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空天技术 2024年第2期2024卷 1-14页

作者：张阳韩忠华张科施宋科宋文萍西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室

高超声速飞行器向着速域更宽、空域更广、更加实用化的方向发展，宽速域气动布局设计与优化是此类飞行器工程研制亟待突破的瓶颈问题之一。回顾了美国政府部门及其国内航空航天公司21世纪以来发布的代表性高超声速飞机及空天飞机概念方... 详细信息

高超声速飞行器向着速域更宽、空域更广、更加实用化的方向发展，宽速域气动布局设计与优化是此类飞行器工程研制亟待突破的瓶颈问题之一。回顾了美国政府部门及其国内航空航天公司21世纪以来发布的代表性高超声速飞机及空天飞机概念方案，分析了高超声速飞行器气动布局演化规律及其设计理念的变化。从乘波体宽速域扩展设计、宽速域布局气动优化设计、宽速域变体布局设计三个方面综述了高超声速飞行器气动布局设计与优化领域的研究进展。分析了宽速域气动布局设计存在的技术难点与挑战，并对宽速域气动布局设计与优化后续研究方向进行了展望。

关键词：宽速域高超声速气动布局气动优化乘波体

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超声速民机总体气动布局设计关键技术研究进展

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航空学报 2023年第2期44卷 14-40页

作者：丁玉临韩忠华乔建领聂晗宋文萍宋笔锋西北工业大学航空学院环保型超声速客机研究中心/气动与多学科优化设计研究所西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

超声速民机已成为世界民机未来发展的主要方向之一。超声速民机由于涉及声爆等一系列特殊的技术问题,比亚声速民机的性能要求更苛刻,对总体气动布局设计提出了更高要求。首先,根据设计思想和主要技术特点,将世界迄今为止的代表性超声速... 详细信息

超声速民机已成为世界民机未来发展的主要方向之一。超声速民机由于涉及声爆等一系列特殊的技术问题,比亚声速民机的性能要求更苛刻,对总体气动布局设计提出了更高要求。首先,根据设计思想和主要技术特点,将世界迄今为止的代表性超声速民机布局方案划分为三代:第1代布局主要旨在实现民用超声速飞行并兼顾高低速性能,基本为三角翼/双三角翼布局;第2代布局更加重视低声爆/低阻性能,主要采用大后掠箭形翼布局;第3代布局在低声爆/低阻要求基础上,更加注重多学科综合性能和技术可行性,主要采用“大后掠机翼+鸭翼/T尾/V尾布局和发动机短舱背负式/尾吊式”的布局。其次,梳理了新一代超声速民机总体气动布局设计目前面临的技术瓶颈和难点,对总体设计技术、低声爆设计技术、超声速减阻技术和飞-发一体化设计技术的国内外研究进展和现状进行了综述和分析。最后,展望了新一代超声速民机总体气动布局的发展趋势,针对仍需突破的关键科学与技术问题,探讨了重要研究方向。未来将优先发展超声速公务机或中小型超声速民机,其布局技术特点趋近于第3代布局,声爆、减阻、飞-发一体化、起降噪声、气动弹性、人机功效等方面的综合性能和工程可实现性将成为重点研究对象。

关键词：超声速民机总体设计低声爆设计超声速减阻飞-发一体化设计

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面向超声速民机层流机翼设计的转捩预测方法

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航空学报 2022年第11期43卷 163-181页

作者：聂晗宋文萍韩忠华陈坚强段茂昌万兵兵西北工业大学航空学院环保型超音速客机研究中心/气动与多学科优化设计研究所西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000

发展工程实用的转捩预测方法对于超声速民机层流减阻设计具有重要的意义。传统针对亚跨声速层流机翼设计的转捩预测方法仅考虑了二维Tollmien-Schlichting(TS)波和横流驻波诱导的转捩,无法满足超声速机翼边界层考虑三维TS斜波和横流行... 详细信息

发展工程实用的转捩预测方法对于超声速民机层流减阻设计具有重要的意义。传统针对亚跨声速层流机翼设计的转捩预测方法仅考虑了二维Tollmien-Schlichting(TS)波和横流驻波诱导的转捩,无法满足超声速机翼边界层考虑三维TS斜波和横流行波的转捩预测需要。本文改进了双N因子扰动放大因子积分策略,提出了一种适用于超声速层流机翼设计的eN方法。该方法采用固定波角和固定频率方法来寻找不稳定TS斜波和CF行波扰动,再通过固定展向波数/固定频率方法或包络线方法计算其扰动放大因子,实现了考虑TS斜波和CF行波的转捩自动判断。进一步将该方法和雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)求解器结合,发展了耦合eN转捩预测的超声速机翼RANS方程数值模拟方法。针对来流马赫数2.0、后掠角65°的NASA超声速试验机翼,开展了边界层稳定性分析。结果表明,在不同雷诺数下计算得到的横流行波与驻波的扰动放大因子均与文献结果基本吻合,验证了本文方法的正确性。此外,还将本文方法应用于来流马赫数2.0、雷诺数1.39×107、后掠角60°的无限翼展层流机翼初步设计。为了抑制超声速大后掠机翼边界层横流不稳定性,分析并提出了一种使流动在机翼前缘迅速加速、继而维持微弱压力梯度的理想压力分布。经数值模拟评估,设计机翼上表面接近为全层流,验证了本文方法对于超声速民机层流机翼设计的适用性。

关键词：超声速民机自然层流线性稳定性理论 eN方法转捩预测

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一种先进超声速民机低声爆高效气动布局设计

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航空学报 2024年第6期45卷 115-133页

作者：李军府陈晴王伟韩忠华谭玉婷丁玉临谢露乔建领宋科艾俊强西北工业大学航空学院西安710072 航空工业第一飞机设计研究院西安710089 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西安710072

低声爆高效气动布局设计是超声速民机研究的重点和关键技术之一。采用基于声爆最小化理论反设计方法、波系有益干扰后体设计方法、参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法,提出了一种先进超声速民机低声爆气动布局,对每一步降低声爆... 详细信息

低声爆高效气动布局设计是超声速民机研究的重点和关键技术之一。采用基于声爆最小化理论反设计方法、波系有益干扰后体设计方法、参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法,提出了一种先进超声速民机低声爆气动布局,对每一步降低声爆的效果进行了分析并研究了该布局的全声爆毯特性;采用CFD数值求解近场声爆信号并通过Burgers方程传播到远场,研究了飞行高度、飞行马赫数等参数对该气动布局地面声爆响度的影响;采用CFD数值模拟方法研究了飞行高度、马赫数等参数对该气动布局气动特性的影响。研究表明,采用基于声爆最小化理论反设计方法降低了基准气动布局的地面声爆响度约6.54 PLdB,采用波系有益干扰后体设计方法进一步使地面声爆响度降低了约0.97 PLdB,采用参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法使气动布局地面声爆响度进一步降低了约4.04 PLdB;合理地设计飞行高度、飞行马赫数,可以有效地降低地面声爆响度;合理地选择巡航飞行高度和巡航飞行马赫数,可以有效地提高巡航效率。研究工作对超声速民机气动布局设计具有一定的工程指导价值,对超声速民机总体气动方案设计亦具有一定的工程借鉴意义。

关键词：超声速民机低声爆气动布局地面声爆响度巡航效率马赫数飞行高度机翼后掠角

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旋翼桨尖涡高精度数值模拟平台开发

气动研究与试验

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气动研究与试验 2024年第2期2卷 66-77页

作者：韩少强宋文萍韩忠华西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室陕西西安710072

针对旋翼流场涡尾迹的高精度数值模拟需求,本文进行了结构化运动嵌套网格技术、高阶精度数值格式、大规模分块并行计算技术、非定常RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方法研究,开发了常规单旋翼/共轴双旋翼计算网格系统生成软件... 详细信息

针对旋翼流场涡尾迹的高精度数值模拟需求,本文进行了结构化运动嵌套网格技术、高阶精度数值格式、大规模分块并行计算技术、非定常RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方法研究,开发了常规单旋翼/共轴双旋翼计算网格系统生成软件、运动嵌套关系辨识软件、嵌套网格任意分块及嵌套信息匹配软件、旋翼复杂流动高精度并行数值模拟软件,建立了可用于各类旋翼在悬停和前飞状态下的非定常涡流场高精度数值模拟的高效并行化自主软件平台。运用所发展的方法和软件平台,进行了常规单旋翼和共轴双旋翼涡尾迹结构的高精度数值模拟。结果表明,该数值模拟平台具有较高的计算效率和计算精度,同时能够捕捉到精细的桨尖涡结构及其非定常生成、发展和演化过程。

关键词：旋翼桨尖涡非定常流动高阶格式并行计算 RANS方法

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基于LES方法的锯齿后缘降噪机理研究

基于LES方法的锯齿后缘降噪机理研究

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中国航空学会声学分会2020年度线上学术交流会

作者：王向涛宋文萍王跃韩忠华廉佳西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所翼型叶栅空气动力学重点实验室中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院

选择BANC-V(AIAA workshop on Benchmark Problems for Airframe Noise Computations)中的NACA64-618自然转捩翼型为研究对象,采用大涡模拟方法(Large Eddy Simulation, LES)对直后缘翼型和锯齿后缘翼型进行数值模拟,使用基于FW-H(Ffowcs Williams&Hawkings)方程的声类比方法求解了远场噪声。首先将直后缘翼型的气动结果和噪声结果与实验值进行了对比,验证了模拟方法的精度。之后比较了直后缘翼型和锯齿后缘翼型的噪声水平,结果显示锯齿后缘能够明显降低中低频噪声,在500到2000Hz频段上最高可降噪7dB,降噪效果显著。但是锯齿的存在对气动性能也带来了一定的负面影响。对锯齿后缘的降噪机理进行分析,发现锯齿后缘可以降低翼型后缘的湍流脱落涡强度,从而达到降噪效果。

关键词：大涡模拟声类比锯齿后缘后缘噪声降噪机理

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