摘要：在叶片实际加工过程中,不可避免会产生扭转度超差叶片,为探究其气动合格性,以跨声速叶片Rotor37为研究对象,首先将加工公差[-0.5°,+0.5°]添加至设计叶片,采用数值模拟的方法确定气动性能合格范围,分析性能变化规律;而后基于实测扭转度误差均值及标准差,创建加工合格以及超差叶片,总结其气动合格性。研究结果表明:受扭转度误差影响,叶片特性曲线整体偏移,因此在选择近失速及峰值效率工况参数衡量稳定裕度的前提下,“欠偏转”叶片稳定裕度减小,而“过偏转”叶片的增大;以加工公差为参考,叶片超差区域与未超差区域的通流面积和攻角变化趋势相反,即两区域对叶片性能的影响存在抵消作用,使得存在超差叶片气动合格的情况。

摘要：为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高负荷平面叶栅流场品质的调控策略.结果表明:两种调控方案均能够有效抑制上端壁区域的流场恶化,进而提升平面叶栅的来流准确性、流场周期性以及二维性.采用与平面叶栅理想中间流线相匹配的上端壁安装角和周向距离,以及尾板安装角时,两种方案对流场品质的提升效果最好.中间流线型上端壁组合出口尾板方案优于中间流线型上端壁方案,使叶栅中间3个叶片通道的进口马赫数偏差不超过±0.005,来流攻角偏差不超过±0.3°;叶栅进口和出口马赫数的周期性偏差不超过0.005,气流角的周期性偏差不超过0.3°;设计攻角下叶栅轴向速度密度比(AVDR)达到1.1,叶栅二维性较好.两种调控方案对叶栅大攻角工况的流场品质调节具有很好的适用性.

摘要：为对压气机叶片前缘的精细化设计与制造提供有力参考,以某高亚声速压气机叶型为研究对象,基于非嵌入式多项式混沌方法,定量评估了钝头前缘加工不确定性对叶型气动性能的影响。结果表明:在全工况范围内,钝头前缘加工误差恶化了叶型的平均性能;在7°攻角下,叶型气动性能的波动幅度最大。在设计攻角下,钝头前缘的加工不确定性导致叶型平均损失增加18.7%,平均静压比降低1.2%。在7°攻角下,叶型总压损失系数的波动幅度是设计攻角下的4倍。根据叶型气动参数对钝头前缘加工误差的敏感性分析结果,发现两者呈现近线性关系。通过叶型流场的不确定分析可知,钝头前缘加工误差对前缘绕流影响显著,进而导致叶型吸力侧损失和尾迹掺混损失增大。分析了不同前缘加工公差下钝头前缘对叶型的不确定性影响,确定了前缘抛光的加工公差范围。

摘要：在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题,罚函数法更加有效,但惩罚因子的设置对于罚函数方法影响很大,不合适的惩罚因子反而会损害优化效率,分析了优化过程中罚函数方法对惩罚因子的要求,提出了一种无参数自适应罚函数的代理模优化设计方法,引入基于样本分析的惩罚项,结合归一化目标值和约束值,在优化过程中动态调整惩罚因子,使优化能够尽可能地聚焦于可行域内,迅速收敛到最优解,实现样本的高效配置。通过带约束的函数算例和翼型优化算例证实,所提方法可以大幅提高飞行器气动外形优化设计效率。

摘要：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。

摘要：为了获得某掠型叶片吸力面压力分布,对一稠度为1.53,掠角为10.7°的掠叶栅进行了光路布局以及压力敏感涂料(PSP)压力测量,利用图像处理和三维重构算法得到了可读性高、便于数据提取的三维叶片吸力面压力分布,并和测压孔测量结果进行了对比。结果表明:利用自主发展的光路布局方法,有效解决了叶片表面光照辐照度不均匀、拍摄视角受限的问题;得到了高信噪比的原始压敏图像以及宽范围多工况的掠叶栅吸力面全域压力分布。与测压孔测量相比,PSP测量误差在5%以内,并且PSP测量结果还捕捉到了峰值等熵马赫数位置沿弦向的迁移以及叶片尾缘的气流分离现象。对不同攻角和来流马赫数下的掠型叶片吸力面压力分布进行分析:掠型叶片在零攻角和正攻角下存在明显的径向压力梯度,促使后掠型叶片气流向前掠迁移,增加了前掠下流低能流体的能量,使得前掠更有利于延迟角区分离,后掠则更容易发生角区分离;掠型叶片在低来流马赫数下展向压力对称性良好,掠设计的影响不显著,高来流马赫数则放大了前后掠对角区分离控制效果的不同。相比传统测压孔有限的压力分辨率,PSP测量可为掠型叶片设计和流动机理分析提供丰富可靠的压力实验数据。

摘要：超声速民机是下一代民机的重点发展方向之一,但声爆仍是制约其投入商业运营的关键核心问题。然而,现阶段低声爆设计相关研究大多针对航迹正下方开展,缺少对全声爆毯声爆特性的考虑。针对该问题,本文开展了机翼上反角对全声爆毯声爆特性影响研究。首先,定义了全声爆毯平均声爆强度,该物理量考虑了不同周向角声爆的感觉声压级与影响域宽度,可衡量全声爆毯的声爆水平;然后,采用声爆快速预测方法研究了机翼上反角与全声爆毯声爆强度之间的关系;最后,通过计算流体力学(CFD)数值模拟分析了机翼上反抑制声爆的原理与对近/远场波形及地面感觉声压级的影响。结果表明,机翼上反能够减弱机翼下方各周向角的激波强度,从而降低整个地面声爆毯内的声爆水平;针对研究构型,13.88°上反角可将全声爆毯平均声爆强度降低3.23PLdB。

摘要：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。

摘要：发展了一种基于预处理矩阵的数据驱动不确定性量化算法,以解决实际工程中面临的实测数据稀缺及分布形式复杂的不确定性量化问题。通过鲁棒性分析、正交基函数的重构、非线性测试函数验证了所发展方法的有效性和精度。基于实测的叶片前缘半径和来流攻角随机波动数据,以某高亚声速压气机叶栅为研究对象,采用自主发展的不确定性量化方法定量评估了不确定性因素对叶栅气动性能的影响。结果表明:在设计攻角和大攻角下叶栅真实的总压损失系数高于名义值的概率分别为83.6%和69.9%;大攻角工况下叶栅总压损失的分散度约是设计工况下的2.4倍;前缘半径耦合来流攻角的不确定性引起前缘绕流发生较大波动,是导致叶栅总体性能退化及性能分散的主要原因。

摘要：为发展适用于对转压气机变转速比工况下的扩稳技术,基于某两级对转压气机设计出一种新型双喷气自循环机匣处理结构,能够实现在不同转速比下提高对转压气机的失速裕度。在设计转速比下研究了轴向喷气位置对自循环机匣处理扩稳能力的影响,并选取扩稳性能最佳的双喷气自循环机匣处理方案探究其在变转速比工况下的扩稳潜力。研究结果表明,在设计转速下,双喷气自循环机匣处理主要改善后排转子的叶顶流场,失速裕度最大提高8.40%;在非设计转速比下,双喷气自循环机匣处理可将失速裕度提升8.71%~9.74%。双喷气自循环机匣处理的双射流将叶顶泄漏流和主流的交界面推向下游,同时改善了两转子的叶顶流场品质,从而推迟失速的发生。