基于WCNS格式的VFE-2钝前缘三角翼转捩模拟研究*

采用高阶精度WCNS格式和γ-Re_θ转捩模型对VFE-2中等半径钝前缘三角翼进行了数值模拟,重点研究了前缘转捩对钝前缘三角翼涡结构的影响。计算结果与试验进行了详细对比,表明钝前缘三角翼的前缘分离涡发生在翼尖下游,在特定雷诺数下其具体发生位置受转捩因素影响,采用全湍流模型计算会推迟分离,而耦合转捩模型后的计算结果和试验吻合很好。然后基于耦合转捩模型方法,对钝前缘三角翼涡结构随迎角变化进行了模拟。计算结果与试验吻合,并表明在较小的迎角下,前缘不会产生分离诱导涡;随迎角不断增大,分离诱导涡在三角翼后缘附近产生并向上游移动。     

编队飞行气动减阻原理的模拟研究

编队飞行是自然界中普遍存在的一种飞行方式,前方飞行器或者鸟类利用拖出的尾涡来提高后方飞行器或者鸟类的非定常升力,并降低诱导阻力,这主要得益于速度矢量方向相反的翼尖涡的有利干扰及耗散,从而达到较高的飞行效率。本文运用流场分析工具,通过对编队飞行过程中翼尖涡的有利干扰进行分析研究,初步探究编队飞行的气动减阻特性。     

应用加权紧致非线性格式的VFE-2钝前缘三角翼转捩模拟

为研究前缘转捩对钝前缘三角翼涡结构的影响,采用高阶精度加权紧致非线性格式和γ-Reθ转捩模型对VFE-2中等半径钝前缘三角翼进行数值模拟。将计算结果与试验结果进行详细对比,结果表明:钝前缘三角翼的前缘分离涡发生在翼尖下游,在特定雷诺数下其具体发生位置受转捩因素影响,采用全湍流模型计算会推迟分离,而耦合转捩模型后的计算结果和试验结果吻合良好。运用耦合转捩模型方法,对钝前缘三角翼涡结构随迎角变化进行模拟。计算结果与试验结果吻合,表明在较小的迎角下,前缘不会产生分离诱导涡;随迎角不断增大,分离诱导涡在三角翼后缘附近产生并向上游移动。     

抑制潜艇螺旋桨旋转噪声的消涡整流新方法研究

潜艇螺旋桨工作在非均匀的潜艇尾流中,潜艇尾流的不均匀性直接与螺旋桨的旋转噪声相关。在分析潜艇主附体结合部马蹄涡对潜艇尾流不均匀性影响的基础上,设计了消涡整流片以削弱马蹄涡强度。结合数值计算方法计算了消涡整流片作用下的潜艇模型的流场和螺旋桨的旋转噪声。结果表明:消涡整流片可以较好地降低潜艇尾流的周向不均匀性、控制潜艇螺旋桨非定常力的变化幅度,并抑制螺旋桨的旋转噪声。在消涡整流片的作用下,螺旋桨所对应的1阶叶频声源级噪声值下降约4dB。     

不同火源位置对烟熏痕迹影响的FDS模拟研究

火灾烟气是火灾过程的重要物理现象之一,烟气中悬浮的烟气颗粒数目以及火场分布状态是判定火灾原因的重要影响因素,在火灾调查过程中担当着重要角色。采用FDS软件对烟熏痕迹的形成进行了模拟研究,采用大涡模拟方法对火灾现场进行了模拟再现,并通过模拟不同工况,对烟熏痕迹的形成进行分析说明,重点分析解决了火源不同位置如何对烟熏痕迹形成结果造成影响这一问题,同时作为火灾调查的方法之一,初步分析了墙面烟熏痕迹的形成规律。     

环管型燃烧室喷雾燃烧DES模拟

为研究燃气轮机燃烧室内复杂的两相三维湍流燃烧问题,采用基于Realizable k-ε模型的分离涡模拟(DES)方法对环管型燃烧室进行喷雾燃烧数值模拟.数值模拟结果表明:DES模拟在燃烧区发挥出大涡模拟(LES)的作用,能获取结构复杂的流场、温度场和涡量场,其对流场内涡结构的捕捉和分辨能力明显强于传统的RANS(雷诺时均N-S方法)模拟.与实验数据对比发现,DES模拟所得燃烧产物含量和燃烧室出口温度分布更符合.因此,DES方法可用于复杂形状燃烧室的燃烧数值模拟,能够避免RANS模型对湍流脉动进行平均处理导致耗散过大、抹平涡结构的缺点,从而可获取更准确的计算结果.     

水下航行体尾流磁异常的计算方法

本文从磁流体动力学基本方程出发,通过对各物理量进行量级分析,导出了水下航行体诱导海流在地磁场中引起磁异常的计算公式,给出了计算方法。作为例子,对水下旋成体尾流引起磁异常的大小进行了量级估计。     

二维水翼空化流动的数值模拟

基于RANS方程,结合不同湍流模型与空化模型对粘性流中二维NACA66012模型水翼附近流场进行数值计算与模拟.计算得到固定攻角、固定来流速度时升力系数和阻力系数随空化数的变化规律以及固定空化数时升力系数随攻角的变化规律,并对相应流场进行分析.在二维水翼空化流动的准稳态模拟中,重点对比分析了不同湍流模型、空化模型对空化流动模拟结果的影响,并将计算结果与实验数据进行比较.研究结果表明,在二维水翼附近空化流动的数值模拟中,采用k-ω湍流模型和均相流空化模型计算得到的结果与实验数据吻合较好.最后,采用分离涡模型对不稳定的空化流动进行了瞬态模拟,并得到空化流动的变化规律.     

水面舰艇规避尾流自导鱼雷方法研究

规避机动是水面舰艇对抗尾流自导鱼雷的通用方法,对典型的停车规避、反向尾流、交叉尾流规避方法进行了定性分析,并提出平行尾流方法;通过模拟仿真分析,提出了反向尾流、平行尾流方法的适用条件和使用建议,可为水面舰艇规避尾流自导鱼雷提供参考.     

基于后向散射的光尾流探测系统

研制了基于后向散射的光尾流探测系统,使用该系统进行了实验室环境下的模拟尾流气泡探测实验和海洋环境下的舰船尾流探测试验.结果表明,该探测系统具有较好的舰船尾流探测能力,验证了基于后向蝌散射的光尾流探测方法的可行性.     

声尾流自导鱼雷导引策略仿真与优化

在分析尾流几何模型及其气泡分布密度的规律的基础上,首先建立了较贴近实际的尾流声学仿真模型。其次,按照尾流自导检测流程,基于反射系数推导了尾流层及海面气泡层的回声级模型,由此建立了鱼雷声学自导检测模型。随后,根据研究需要设计了基于鱼雷作战使用评估理论的声尾流自导鱼雷仿真系统,该系统能够真实模拟尾流自导系统工作过程及鱼雷水下运动过程。最后,以该仿真系统为依托,实现了声尾流自导鱼雷应对空穴或断层的修正导引策略的仿真优化。应用结果表明:该研究对于尾流自导鱼雷导引策略优化和尾流自导仿真方法研究具有实际应用价值。     

基于STAR-CCM+的全附体潜艇尾流场数值分析

为充分了解潜艇周围的粘性流场特征,基于STAR-CCM+仿真软件对SUBOFF全附体模型的尾流场进行了数值模拟。通过将数值模拟结果与试验结果进行比较,系统分析了棱柱层网格的划分与湍流模型的选取对计算结果的影响。结果表明:SSTk-ω模型较适合应用在潜艇模型尾流场计算中,并且棱柱层的总厚度不能小于15mm,第一层计算网格节点到表面的无因次距离y+应在25到170之间。在此基础上,应用滑移网格技术对潜艇尾流场进行数值模拟,通过加密网格和减小时间步长使得轴向伴流分数与整体定常计算值吻合较好。     

NASA德莱顿飞行研究中心的自主编队飞行（AFF）的项目

2001年,NASA德莱顿飞行研究中心就发起了一个名为自主编队飞行（AFF）的验证项目．其研究内容是如何利用前方飞机拖出的尾涡来提高后方飞机的非定常升力,从而使得编队飞行的机群迭到省油的目的,并验证机群在编队飞行时的经济性,这项研究对于满足未来航空运输业在节油／减排方面苛刻的环保要求具有十分重要的意义。     

潜艇模型尾流场和水动力噪声的测量方法研究

探索了一种集潜艇模型尾流速度场测量及模型水动力噪声测量于一体的试验技术,即通过合理的试验方案设计及信号处理手段,完成对潜艇模型水动力噪声信号的测量,识别出模型噪声信号各成分的影响范围;同时,应用PIV技术对潜艇模型的尾流速度场进行测量,通过对测量结果的处理,得到潜艇模型的尾流涡量场分布.所得到的结果为研究潜艇水动力噪声与尾流涡结构之间的关系提供了参考,所做的工作为上述问题的研究提供了一种新颖的试验思路.     

二维超声速混合层的大涡模拟

对二维超声速混合层流动进行大涡模拟。采用五阶精度的WENO格式求解大尺度涡的控制方程,小尺度涡的作用采用Smagorinsky亚格子模型进行模拟。模拟结果再现了二维超声速混合层拟序结构,计算得到了涡组对、合并等现象。通过对流场不同位置压力振荡历程的频谱分析,对超声速混合层中的谐波变化规律作了初步探讨。计算得到的速度剖面的时均统计结果与实验结果相比,吻合程度较好。     

线导＋尾流自导鱼雷导引方法应用探讨

通过分析平台探测设备获取目标噪声方位信息的局限性,以及线导＋尾流自导鱼雷导引过程中应避免出现的两种情况,提出了利用现有手段和信息进行优化导引的应用方法,特别是经理论分析和试验实践,给出了通过控制目标和鱼雷相对位置以及其它辅助手段来实现线导精确导引的方法,对指导线导鱼雷导引控制的工程实践和战术运用具有重要意义。     

线导+尾流自导鱼雷导引方法应用探讨海军东海舰队司令部，浙江 宁波 315122

通过分析平台探测设备获取目标噪声方位信息的局限性,以及线导＋尾流自导鱼雷导引过程中应避免出现的两种情况,提出了利用现有手段和信息进行优化导引的应用方法,特别是经理论分析和试验实践,给出了通过控制目标和鱼雷相对位置以及其它辅助手段来实现线导精确导引的方法,对指导线导鱼雷导引控制的工程实践和战术运用具有重要意义。     

大型船舶空气尾流场防治新技术的数值模拟

大型船舶空气尾流场对海上飞机安全降落有重要的影响,因此对其进行有效防治技术研究在保障飞机安全、大型船舶海上活动等方面有重要意义。采用计算流体力学方法开展大型船舶空气尾流场特性及其防治技术的数值模拟研究,以带有Spalart-Allmaras湍流模型的Reynolds平均Navier-Stokes方程构建模拟平台开展数值模拟,得到大型船舶空气尾流场规律特性。在此基础上,提出主动补气防治新技术,分别阐述其理论基础、核心方法和技术方案;根据主动补气防治技术思想和理论,进一步开展数值模拟验证研究。结果表明,该技术能显著改善空气尾流场的流场品质,使流场趋于平稳均匀,减小对飞机海上降落的影响。该技术进一步完善了可实现工程应用,并保证飞机海上降落安全,有巨大的应用潜力。     

一种改进的线导+尾流自导鱼雷导引方法

线导+尾流自导鱼雷传统的导引算法均依赖目标运动要素,目标运动要素误差将会导致鱼雷进入尾流点的偏差,从而降低了鱼雷自导装置捕获目标尾流的概率。在过去方位导引法基础上根据瞄点和目标尾流特性对过去方位进行一定的修正,从而对线导+尾流自导鱼雷实施导引,无论有无目标运动要素,也无论目标如何机动规避,只需连续测得目标方位,就能将鱼雷准确地导入目标尾流的期望位置。     

水洞测试定子外形选用及其对流场影响分析

为了在螺旋桨水洞实验中将测试传感器通过测试定子引出,并尽可能减小测试定子对水洞流场的影响,确保螺旋桨水洞实验及相关测试结果的准确性,首先根据NACA翼型,在测试定子截面厚度一定的情况下,通过调整截面厚度比得到6种典型截面形式;然后,通过数值计算对比6种测试定子所产生的尾流分布以及尾流扰流情况,发现厚度比为30%的截面翼型尾流分布均匀,流场扰动缓和且范围最小,在此基础上,根据实际水洞的有限长度,选取厚度比为30%的截面翼型置于螺旋桨正前方0.6m处进行数值模拟,所得螺旋桨水动力结果与螺旋桨敞水试验对比吻合较好;最后,分析了各叶片的压力分布情况及不同进速下的推力和扭矩,结果表明:该测试定子对后方螺旋桨周围流场的影响可忽略,验证了所选用截面形式测试定子应用于螺旋桨水洞实验的可行性。