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文章导读

2023-04-08

空气动力学学报 2023年3期
关键词:天平涡流甲板

实用化壁面切应力测量技术的综述与展望(1-24,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0450)

高南,刘玄鹤

“实用化”摩阻测量技术指的是可以方便、可靠、经济地测量运载工具表面切应力的方法。本文围绕实用化这一主题对现有的摩阻测量方法进行综述,包括天平法、近壁速度分布法、普莱斯顿管法、图像法、热膜法等。分析了各种方法的特点和局限性,介绍应用案例,并评估实用化潜力。重点介绍了双层热膜摩阻测量技术,该技术有效地解决了困扰热膜技术发展的热损失问题。另外,该传感器无需标定,仅利用上层热膜的发热量即可直接计算壁面切应力的大小及方向。“免标定”提高了测量的便利性及可靠性,展现出很大的实用化潜力。

卷积神经网络在风洞天平静态校准中的应用(25-32,Doi:10.7638/kqdlxxb-2022.0096)

汪运鹏,聂少军,王粤,姜宗林

风洞天平的静态校准就是通过校测设备建立天平测量信号与所受气动载荷的映射关系。为了减小由于受载变形产生的误差,进一步提升应变天平静态校准的性能,本文探索深度学习技术在风洞天平静态校准中的应用。利用中国科学院力学研究所风洞天平校准系统AiBCS,对六分量应变天平开展基于卷积神经网络的静态校准研究。采用深度学习训练模型代替传统风洞天平校准公式,有效降低了天平各个分量间的载荷干扰,并获取了更高性能指标。同时,对人工智能建模方法在天平静态校准中的适用条件、有效性及可靠性等方面进行了讨论和评估分析。

前置翼片式涡流发生器对燃烧室氢气燃料掺混特性的影响(33-43,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0414)

吴龙,王江峰,李龙飞,王丁

采用RANS 方法,对带有翼片式涡流发生器的超燃冲压发动机燃烧室模型内氢气横向喷流冷流流场进行了数值模拟。结果表明:翼片式涡流发生器能够提高涡流强度并大幅提高燃烧室内的掺混性能,随着涡流发生器高度和长度的增加,流场结构间的干扰增强,导致涡流强度和穿透深度增加,从而提升掺混效率;更加复杂的流场结构同时会增强燃烧室的总压损失,并随着涡流发生器高度和长度的增加而增强;相较于掺混性能的提升,总压损失的增强幅度相对小很多,说明通过合理的参数选择,翼片式涡流发生器能够有效提升燃烧室的掺混性能。

舰载直升机-舰船耦合流场数值计算研究综述(45-66,Doi:10.7638/kqdlxxb-2022.0066)

王逸斌,马晨阳,李通,赵宁,朱春玲

针对舰载直升机舰面起降的复杂气流干扰问题,从孤立舰船舰面空气流场主要特征分析出发,分别总结了航空母舰与非航空母舰类舰船的主要涡流结构,以及舰载直升机-舰船耦合流场的主要流动特征。系统介绍了国内外舰船表面气流场数值计算以及舰载直升机-舰船耦合流场数值研究的发展历程。本文探讨的内容明确了舰面气流场以及机-舰耦合流场数值计算的主要方法,可为机-舰耦合流场研究以及机-舰适配性研究提供参考。

非直通甲板舰船空气流场的结构化建模(67-76,Doi:10.7638/kqdlxxb-2022.0102)

李海旭,王金玲

舰船空气流场是舰载机起降安全的重要影响因素。非直通甲板舰船的空气流场结构形式非常复杂,虽然科研人员通过数值模拟、风洞试验或实船测量等方法开展了研究,但其结构化建模问题一直未能得到解决。本文通过对非直通甲板舰船空气流场形成机理进行分析,采用流场特性频域分析和数据拟合方法,解析了流场的稳态、周期和随机分量,成功构建了流场结构化模型,并通过仿真验证了模型的有效性,初步解决了非直通甲板舰船空气流场结构化建模问题,有望使机-舰组合风限图的制定更加高效,并为机-舰动态配合实时仿真奠定基础。

斜风来流下纵摇运动对机-舰耦合流场的影响(77-88,Doi:10.7638/kqdlxxb-2022.0174)

李通,刘戈,宗昆,赵宁,王逸斌

舰船的六自由度摇摆运动会进一步恶化飞行甲板上方的流场环境。基于简化护卫舰SFS2 和旋翼的耦合模型,对两种斜风状态下、纵摇运动中的机-舰耦合流场进行了数值模拟,分析了纵摇运动对机-舰耦合流场结构和旋翼拉力的影响,对比了两种斜风状态下的流场差异。研究结果表明:随着舰船的纵摇运动,旋翼拉力出现了近似周期性的变化,与纵摇运动的周期一致。旋翼拉力在甲板上浮至水平位置附近时最大,在甲板下沉至水平位置附近时最小,对于左舷和右舷来流,拉力分别降低了约13%和6%。因此飞行员要确保直升机具有足够的操纵量,及时调整总距以保证直升机在该状况下的起降安全性。

基于CVG 的滑跃甲板尾流抑制(89-100,Doi:10.7638/kqdlxxb-2022.0111)

杨穆清,张良,马东立

滑跃甲板对于提高舰载机起飞性能有重要意义,但是滑跃甲板会加剧舰尾流的湍流度,造成甲板上方和下滑线附近气流高度不稳定,影响舰载机起降安全。CFD 结果表明,滑跃甲板后方存在巨大的分离泡,导致甲板附近x方向风速度降低,速度波动幅值增大,对舰载机精准航迹控制有不利影响。为有效抑制滑跃甲板造成的舰尾流影响,提出了一种基于柱状涡流发生器(CVG)的滑跃甲板尾流抑制方法。CVG 可以有效减弱滑跃甲板导致的前甲板分离区,使得甲板流场更加稳定。相比无CVG 时,甲板风x方向风速更高,风速波动功率谱密度(PSD)降低20~40 dB,恢复到与平直甲板相当的程度,可有效提高舰载机的起降安全性。

舰船甲板气流场对人员作业安全性影响分析(101-110,Doi:10.7638/kqdlxxb-2022.0069)

崔鲁宁,贺少华

舰船海上航行时,甲板上的直升机旋翼尾流和舰面流场相互掺混形成了复杂的流动,会对甲板面作业人员的安全造成影响。本文通过开展人体模型气动数值计算,分析不同风速下的人体受力情况,提出了影响作业人员安全的风速范围。同时,开展了西北风号、戴高乐号,伊丽莎白女王号以及美国号四艘舰船在不同风向下的定常流场数值计算,以及直升机-舰船耦合流场非定常数值计算,并依据风速范围对不同舰船以及机-舰耦合流场下的人员安全性进行分析,总结出各舰船甲板作业危险区域及形成原因。

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