简介：气动弹性能量采集旨在将结构气动弹性振动机械能转化为可利用的电能,近年来引起了国内外学者的关注.在气动弹性能量采集系统理论建模的过程中,空气动力建模至关重要,显著影响系统的动力学响应和能量输出分析结果.文章针对当前各类气动弹性能量采集系统的气动建模,对其研究现状进行了综述.首先介绍气动弹性能量采集的研究背景;随后,分别针对基于翼段非流线体平板和机翼结构气动弹性振动的能量采集系统,对相关气动模型进行了总结和讨论;最后,结合现有气动建模的待完善之处,给出了未来可能的发展方向.

简介：临近空间高超声速飞行器具有速度快、突防能力强、杀伤力大等特点,是当今世界各军事强国新型武器的重点发展方向.其中,气动力和气动热是高超声速飞行器的两项重要指标,也是高超声速技术研究的重点内容.文章综述了国内外临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状,分析了研究的发展趋势,并分别从工程计算、数值仿真以及实验研究3个方面介绍了高超声速飞行器气动力及气动热的研究技术和方法.

简介：Anumericalsimulationisperformedtofindoutakeyvorticalstructureinthelaminar-turbulenttransition.Alow-speedstreakisgeneratedinsidealaminarboundarylayerusinganisolatedcuboidroughness,aimedatprovidinganenvironmentunstabletoouterdisturbances.Then,ashortdurationjetisissuedintotheboundarylayer.Whenthejetvelocityislow,somevorticesappearintheboundarylayer,butthetransitionoftheboundarylayerdoesnottakeplace.However,whenthejetvelocityexceedsacertainthreshold,twovorticesnewlyappearabovetheelongatedlegsofaV-shapedvortexandonlyoneofthemisstretchedandsurvives.Afterthat,vorticesaregeneratedoneafteranotheraroundthesurvivedone.Bycomparingthedecayedandthesurvivedvortices,itisfoundthatthedifferenceintheirheightsisthekeycharacteristicwhichleadstothetransition.

简介：高超声速飞行器的发展对地面试验模拟提出了新的要求，但是，现有条件还不能完全满足这些要求．文章首先回顾和概述了气动研究地面试验所应遵循的一般性相似准则，分析现行气动力、热和推进试验模拟的不足和所面临的挑战．经分析认为，面对这些挑战，现行的主要参数模拟、部件相似模拟和局部相似模拟等方法仍然有效，但应加强相似理论对地面试验的指导和计算对试验的支撑性作用，并在必要时通过飞行试验对不完全相似模拟结果进行验证与确认．

简介：盒式翼布局相对常规布局可以很大程度地减小诱导阻力,同时平滑的升力分布有利于减小跨声速激波阻力,但双翼间的气动干扰是跨声速盒式翼布局存在的主要问题.为掌握跨声速双翼气动干扰特性,选用超临界翼型RAE2822作为双翼翼型,对M=0.75,正负交错两种情况下双翼几何参数对布局升阻特性的影响进行数值研究.结果表明,增大双翼的纵向距离可以减弱双翼间气动干扰,使升阻比提高至无干扰升阻比.其中,前翼在下、后翼在上的负交错布局在双翼纵向距离为1.5倍上翼弦长时即可接近无干扰升阻比,更有利于提升布局的升阻特性.负交错时双翼的垂直间距对布局升阻比影响不大,无翼差角且减小前翼弦长有利于提高升阻比.

简介：从阻力主导惯性再入到升力主导机动再入是无动力高超声速飞行器的主要发展方向,文章讨论了任务使命动力配置飞行模式及总体规模限制下的布局设计原则,研究了不同构型升阻效率及升力载荷系数与模线形状横截面形状及容积利用率分段装填容积间的关系,探讨了包括拉起/下压滑翔弹跳/滑翔等射面机动与Z字螺旋锥形空间机动等飞行模式与匹配的气动操纵面设计质心布置压心/静稳定裕度纵横向静动稳定性等,从热安全角度提出了总体/气动/防热/结构/弹道/控制等多物理场高度耦合下的飞行器热力气动布局多学科设计优化,结合非惯性弹道飞行器气动布局设计问题,给出了满足分段容积要求防热要求及操稳要求的飞行器气动构型设计优化实例.

简介：在飞行器的气动外形优化设计中，参数化方法和优化算法具有十分重要的作用，对优化的计算时间、设计空间的数学特性有着深刻的影响．类别形状函数（classandshapetransformation，CST）方法是一种简洁高效的参数化方法，但对于复杂曲面很难使用统一的CST方法进行拟合．文章首先介绍了CST方法的三维实现，分析了其数学性质，提出了分块CST参数化方法，保留CST方法的特性，实现了分块曲面之间的光滑连接．针对气动外形优化设计的复杂情况，需要根据具体的飞行任务提出设计目标，并处理不同目标的矛盾问题．其次采用Pareto策略自动寻找最优方案集，并基于分块CST参数化方法、遗传算法和气动力快速计算方法，对类乘波翼身组合飞行器进行了优化设计，并改变原有问题的设定条件优化得到了全新外形．研究结果表明分块CST方法参数少，精度高，Pareto策略处理多目标准确有效，是气动外形优化设计中非常有用的工具．

简介：为进行高超声速气动热数据相关性研究,选取了一平板-锥组合体模型为研究对象,开展不同缩比模型的风洞试验,分别使用3种不同方法进行气动热试验数据的相关性研究.研究结果表明,使用正激波后Reynolds数Rens和修正的黏性干扰系数V＊/Sw可以将不同缩比模型不同来流条件下的Stanton数进行较好的关联,Stanton数与正激波后Reynolds数Rens成反比例关系,与修正的黏性干扰系数V＊/Sw成正比例关系.最后基于相关性研究结论和理论分析,提出了一种模型表面传热现象的数学模型.

简介：气动声学的声比拟理论以密度、声压等标量为波动算子变量,建立非齐次波动方程,描述流体运动及与边界作用诱发声音的辐射,但标量无法直接描述声能量的传播过程和途径.在流体力学研究中,标量用于描述当前当地的物质状态,而矢量用于描述质量和能量的传输.借鉴上述思想,开展了矢量气动声学的研究,概述矢量气动声学的理论研究进展及应用,主要包括：（1）以声粒子速度为变量,采用声比拟理论的思想直接从Navier-Stokes方程出发推导建立了气动声学的矢量波动方程及两种频域解;（2）综合利用声压和声粒子速度的积分解,直接求解声源周围的瞬时和有功声强矢量场,直观显示声能量的传播途径,应用于旋转声源辐射声能量的传播分析,揭示了亚音速旋转声源辐射声能量的3种传播模式：螺旋模式、声学黑洞模式和R-A模式;（3）采用球谐级数展开方法建立旋转点/紧凑声源辐射噪声的声压和声粒子速度的频域解析解,在此基础上推导了声功率谱的频域解析解,建立了识别旋转叶片声源在空间域和频域分布特征的方法;（4）综合利用矢量气动声学方法和等效源方法,显示声源和散射边界周围声强矢量场的分布特征和能量传播途径,直接揭示了阻抗边界主要的吸声位置以及直接计算得到阻抗边界的吸收声功率.

简介：文章基于线性中心紧致差分格式，通过非线性加权插值的方法来求解网格中心处的函数值．这类格式保持了原有中心紧致差分格式的高阶精度和低耗散特性，同时其分辨率也非常高，由于其非线性插值的机制，使得这类格式能够捕捉强激波，所以这类新的高阶非线性紧致格式是一种较好的模拟湍流和气动声学等多尺度问题的方法．

简介：针对某飞行器翼面高速展开过程,采用定常和非定常数值模拟两种不同方法,进行折叠翼面展开过程气动载荷分析研究,其中定常方法主要研究翼面从折叠到展开过程中不同展开角下外翼面的气动特性,分析展开角、来流参数对外翼面气动力的影响;非定常方法主要模拟折叠翼面展开角速度变化,从而获得典型工况下翼面展开过程的载荷情况,分析非定常效应对气动载荷的影响.研究发现,当翼面展开速度与来流速度相近时,则非定常效应不可忽略而必须采用非定常模拟方法.

简介：大飞机具有轻质大柔性特点,使得气动/结构耦合作用增强,在设计过程中需要考虑这种耦合效应,直接调用CSD/CFD方法计算周期长,无法满足工程需要.代理模型方法由于能显著提高工程优化设计的效率,已广泛应用于飞行器气动外形优化设计中.采用Kriging方法建立代理模型,通过求解EI函数最大值得到需添加的样本点以更新代理模型,提高代理模型的拟合精度,结合改进的粒子群最优化方法对大飞机的结构刚度进行了优化设计.结果表明,该优化方法能够处理复杂目标的全局优化问题,在保证升力系数及纵向稳定性能不恶化的前提下,降低飞机巡航状态的飞行阻力.

简介：在动态网格上通过耦合求解流动控制方程和结构动力学方程,发展了一种舵面控制下飞行器运动响应过程中气动弹性数值模拟研究方法.流动控制方程采用N-S方程,结构动力学采用线性模态叠加方法,其中流动控制方程空间离散采用基于非结构网格的有限体积方法,对流通量采用计算HLLC格式,非定常时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法.模拟中,气动运动和结构变形在双时间步长方法推进过程中采用改进松耦合方法,气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法实现,飞行器的运动和变形采用基于重叠网格和Delaunay图映射变形网格相结合的方法进行处理.采用多个考核算例对发展的数值方法进行考核验证,结果表明该方法可以高效精确模拟舵面开环控制下飞行器运动响应过程中的气动弹性特性.

简介：开展了机器学习在翼型气动力计算和反设计方法中的应用研究,实现了在更大翼型空间范围内,人工神经网络的训练和优化,建立了翼型气动力计算模型,和给定目标压力分布的翼型反设计优化模型.作为机器学习领域兴起的研究热点,人工神经网络的研究工作不断深入,有研究者尝试将其应用于流体力学的学科范畴内.文章实现人工神经网络在翼型计算领域中应用的方法如下:首先通过Parsec参数化方法,围绕基准翼型构造了一定翼型空间范围的翼型库,利用XFOIL进行数值模拟,搭建了和翼型库具有一一映射关系的流场信息库.通过训练和优化神经网络,实现了基于此模型的快速、高可信度的翼型气动力预测,以及新型的翼型优化设计方法.通过自动化编程实现样本库的批量生成,实现了不同翼型空间的样本量下,神经网络的训练和优化过程.实验结果表明,在机器学习领域中,基于神经网络的翼型反设计模型的精确性高度依赖于训练样本量的大小和覆盖范围.

简介：为了解决乘波体偏离设计条件下气动特性会恶化，特别在低速时，升力严重不足这个问题，提出了通过增大后掠角生成前缘涡，增加背风面的升力，以改善乘波体低速气动性能.首先使用VisualBasic编程语言，并通过CATIA软件二次开发技术，实现了锥导乘波体的参数化设计和自动生成.再通过控制圆锥角和流场长度这两个设计参数，获得了大后掠乘波体构型.最后，运用剪切应力输运（shear-stress-transport，SST)模型，计算了所得乘波体的气动特性，并分析了流场变化，发现乘波体在设计状态下激波能很好附着在前缘上，在小的正攻角下，乘波体可获得比设计状态更高的升阻比，满足巡航要求.运用I.模型计算了乘波体的低速气动特性，得到了不同攻角下升力、阻力和升阻比的变化规律.研究结果发现，乘波体在低速下产生了明显的涡结构，在合适攻角下，能产生数量可观的附加升力，提高了乘波体的水平起降性能.

简介：针对液滴破碎问题,获得并揭示两相界面演化特征机理.采用数值模拟方法,观察了超声速条件下的液滴气动破碎初期的界面不稳定性.基于数值模拟结果和线性稳定性理论,综合分析表明,Rayleigh-Taylor不稳定性和Kelvin-Helmholtz不稳定性均对源于驻点和外环之间中段附近处的主导扰动产生作用.保持其他流动特性不变,降低K-H不稳定性的影响,对数值模拟进行了专门改进,进一步验证了前述结论.

简介：介绍了在中国科学院力学研究所JF12长实验时间激波风洞上开展的10°尖锥标模的天平测力实验研究结果.JF12激波风洞的实验时间为100～130ms,名义Mach数为7.0,喷管出口直径为2.5m,总焓为2.5MJ/kg,复现了35km高空的飞行条件.采用六分量应变天平,攻角分别为-5,0,5,10和14°,模型长度为1.5m,质量为50kg.实验结果表明,在100～130ms的实验时间里,应变天平的输出信号含有3～4个完整周期,可以通过对天平的输出信号进行平均直接获得气动力/矩测量结果,而不再需要进行加速度补偿,且气动力系数重复测量的不确定度小于2%.JF12激波风洞气动力系数的测量结果与传统高超声速风洞的结果符合得较好,表明在2.5MJ/kg的总焓下,真实气体效应对该模型气动力特性的影响不明显.

简介：目前,随着相关项目研究的不断推进,如何在高Reynolds数下研究其对气动光学效应的影响成为重要命题.通过设计变Reynolds数气动光学效应实验平台,模拟的单位Reynolds数可以在7.2×10^6-2.2×10^8m^-1范围内变化.搭建的基于背景纹影（backgroundorientedschlieren,BOS）的波前测试系统可以达到6ns的时间分辨率.此系统测量的平凸透镜波前结果表明：实验测量结果与理论计算结果的误差在±4%以内.通过测量9种不同Reynolds数下的超声速气膜瞬态波前数据,分析结果表明：在高Reynolds数条件下,Reynolds数对于超声速气膜气动光学效应的影响比较明显,通过对实验数据进行函数拟合发现OPDrmsRe088,与推导结果OPDrmsRe09十分接近;利用小波分析方法研究了高Reynolds数条件下气动光学效应沿流向的分布特征,发现OPDrms的低频部分（信号的主体）先降低后升高,但是高频部分的震荡幅度先升后降.分析认为OPD的低频部分主要受到流场整体结构的影响,而高频部分更多地受到涡的空间分布影响.

简介：以近空间尖前缘高超声速巡航飞行器的研制为背景，作者在前一阶段采用模型理论分析方法，陆续研究了沿微钝前缘驻点线的化学非平衡流动和气动加热相似律，文章是上述研究的综合回顾和深化讨论．稀薄条件下，驻点附近流动和传热出现一系列与连续流动模型不同的新特征，超出了经典气动热预测理论的适用范围．作者建立了一个沿驻点线能量传递和转化的广义模型，并分别推导了具有实际物理意义的边界层外离解非平衡流动判据和边界层内复合非平衡流动判据．基于这些判据构建了预测非平衡流动驻点气动加热的桥函数，并讨论了稀薄非平衡真实气体流动和气动加热的相似律，发现新型近空间尖前缘飞行器遭遇的气动热环境不同于传统大钝头航天器再入问题，传统的天地换算相似准则将会失效．这些理论分析结果可为稀薄非平衡化学反应流及气动加热的实验和计算提供一个标模检验的手段．

简介：针对一种低空大展弦比无人机,文章进行全机和翼梢磁梯度测量探头数值模拟.全机计算给出翼梢磁梯度测量探头对全机气动特性和操稳特性的影响;翼梢磁梯度测量探头计算实现了气动外形优化设计,在保持全机操稳特性的前提下,最大程度地减小全机气动阻力增量.结果表明,磁梯度测量探头对全机气动阻力增量在9%之内,俯仰力矩变化在5%之内,对全机操稳特性的影响不大,气动外形优化设计基本满足该低空大展弦比无人机的安全飞行技术要求.