高速风洞条带悬挂支撑干扰特性及机理分析研究

发布时间：2017-10-26 18:28

  本文关键词：高速风洞条带悬挂支撑干扰特性及机理分析研究

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【摘要】：条带悬挂支撑具有对模型外形破坏少、纵向刚度强、试验精准度高等优点,是大型飞机风洞试验的理想支撑方式。目前,国内在2.4米跨声速风洞已建立条带悬挂内式支撑试验技术,深入开展条带支撑干扰特性及流动机理研究,对推动该试验技术的型号应用和提高我国大型飞机的研制水平具有重要意义。本文以Ty154标模为对象,采用风洞试验和数值模拟两种方法,研究了条带悬挂内式支撑的干扰特性及其产生机理。风洞试验采用尾支撑进行,通过模拟有、无条带获取条带支撑的干扰量。为解决试验中模型抖动剧烈,“假动带”与模型频繁碰撞的问题,研制了高纵向刚度的特殊尾支撑,成功获取了条带支撑干扰的试验结果。数值方法原理与风洞试验类似,通过模拟有无、条带得到条带支撑的干扰量。数值方法通过求解基于雷诺平均的N-S方程实现,空间离散选用二阶Roe格式,时间项应用LU-SGS方法,采用S-A湍流模式。由于试验模型与条带支撑的相对位置随迎角变化,需要在每个迎角下生成一套计算网格。为提高网格生成效率,.首次将基于结构网格的嵌套网格方法应用于条带支撑干扰的研究。此外,应用该方法,本文还对Ty154标模的其它几种组合支撑方式进行了数值模拟。通过对Ty154标模条带支撑干扰风洞试验和数值模拟结果的综合分析,可得到以下研究结论：1.Ty154标模风洞试验和数值方法得到的条带干扰量规律一致、量值相当；在马赫数M≤0.90,迎角α≤6°时,条带支撑对Ty154标模气动特性影响较小,与尾部支撑和腹部支撑相比,条带悬挂支撑干扰量小的优势非常明显。总体来说,在小迎角下,.受条带支撑影响,升力系数略有降低、阻力系数略有提高,并产生一个小的抬头力矩,较大迎角时,干扰规律出现一定随机性。在亚声速及低跨声速时,条带支撑干扰量随马赫数变化较小,在近声速时干扰量增大,影响规律复杂。2.动、定带对模型的干扰作用相互独立。在小迎角下,全机阻力和俯仰力矩干扰量主要由动带贡献；在迎角较大时,整体干扰量主要由定带产生。动带干扰主要作用在前机身对称面上,对试验结果造成一个抬头力矩。定带干扰主要作用在后机身、翼根后缘及平尾前缘,使机翼后缘压力略微升高,但对全机气动力结果影响有限,对平尾前缘的干扰量值较小,但对全机俯仰力矩干扰量有较大贡献。3.模型前机身开槽的影响区域限于动带机身连接处附近,干扰较小,对Ty154标模的整体气动特性影响很小。定带的转轴会增加定带对模型机身、机翼的干扰,部分抵消整体条带对俯仰力矩的干扰量。4.在设计试验方案时,若使动带位置靠后、定带位置靠近机身可减小条带的支撑干扰影响。5.条带悬挂支撑成功应用于某大型飞机的风洞试验中,试验结果与尾支撑方式相关性较好。此外,由于条带支撑刚度较高,在预测模型分离迎角及试验中作为辅助支撑方式扣除尾支撑干扰方面具有一定优势。
【关键词】：
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211.74
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号和缩略词说明11-12
• 第一章 引言12-24
• §1.1 研究背景12-16
• §1.1.1 大型飞机气动问题的研究方法12-13
• §1.1.2 风洞试验常用支撑形式13-14
• §1.1.3 张线/条带支撑系统14-15
• §1.1.4 条带悬挂支撑干扰研究意义15-16
• §1.2 国内外发展及研究现状16-22
• §1.2.1 支撑干扰的修正方法研究现状16-17
• §1.2.2. 条带/张线支撑及其干扰特性研究现状17-21
• §1.2.3 前人研究工作的不足21
• §1.2.4 论文研究难点21-22
• §1.3 本文主要工作内容22-24
• 第二章 试验方法24-36
• §2.1 试验模型及风洞24-26
• §2.2 支撑方式26-28
• §2.3 天平及测试设备28-29
• §2.4 试验数据处理及修正29-31
• §2.4.1 试验状态29
• §2.4.2 试验数据处理29
• §2.4.3 支撑干扰修正方法29-31
• §2.5 试验数据精准度分析31-36
• §2.5.1 试验数据精度分析31-32
• §2.5.2 试验数据准确性分析32-36
• 第三章 数值模拟方法及有效性验证36-58
• §3.1 控制方程及求解方法36-43
• §3.1.1 控制方程36-38
• §3.1.2 数值离散方法38-41
• §3.1.3 湍流模型41-43
• §3.1.4 边界条件43
• §3.2 网格划分43-49
• §3.2.1 重叠/嵌套网格方法44-46
• §3.2.2 Ty154标模的网格划分46-49
• §3.3 支撑干扰计算49-50
• §3.3.1 干扰量计算方法49
• §3.3.2 数值模拟状态49-50
• §3.4 数值方法有效性验证50-58
• §3.4.1 ONERA-M6机翼算例验证50-54
• §3.4.2 Ty154标模数值模拟结果验证54-58
• 第四章 条带支撑干扰特性及机理分析58-96
• §4.1 条带支撑干扰特性58-62
• §4.1.1 试验与数值模拟结果对比分析58-61
• §4.1.2. 条带支撑干扰量随马赫数变化规律61-62
• §4.2 条带支撑干扰机理研究62-85
• §4.2.1 动、定带干扰间耦合关系研究62-64
• §4.2.2 动、定带干扰特点分析64-66
• §4.2.3 动带干扰机理66-69
• §4.2.4 定带干扰机理69-78
• §4.2.5 较大迎角情况下干扰机理78-81
• §4.2.6 较高马赫数条件下干扰机理81-85
• §4.3 细节模拟对条带支撑干扰的影响研究85-92
• §4.3.1 机身开槽影响86-89
• §4.3.2 定带转轴影响89-92
• §4.4. 条带支撑与其它支撑方式干扰特点的对比研究92-94
• §4.5 本章小结94-96
• 第五章 条带支撑的优化探索及应用96-110
• §5.1 减少条带支撑干扰的一些探索96-103
• §5.1.1 动带纵向安装位置影响研究96-99
• §5.1.2 定带纵向安装位置影响研究99-101
• §5.1.3 定带横向安装位置影响研究101-103
• §5.2 条带支撑的试验应用103-105
• §5.3 条带支撑应用于尾支撑干扰试验的探索研究105-108
• §5.3.1 尾支撑干扰扣除方法105-106
• §5.3.2 数值结果对比106-108
• §5.4 本章小结108-110
• 第六章 结束语110-112
• 参考文献112-116
• 作者简介116
• 作者在学期间取得的学术成果116-118
• 致谢118

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