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水上飞机水面降落全过程力学特性数值研究 被引量：13
1
作者 赵芸可 屈秋林 刘沛清 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期830-838,共9页
数值方法模拟水上飞机的水面降落运动姿态和受力的全过程,是结合了水汽两相流、运动学和动力学的复杂问题。采用基于Fluent商用软件开发的整体运动网格方法结合VOF方法进行自由面捕捉,采用六自由度模型进行运动状态模拟,对某型水上飞机... 数值方法模拟水上飞机的水面降落运动姿态和受力的全过程,是结合了水汽两相流、运动学和动力学的复杂问题。采用基于Fluent商用软件开发的整体运动网格方法结合VOF方法进行自由面捕捉,采用六自由度模型进行运动状态模拟,对某型水上飞机水面降落的全过程进行了数值模拟,得到了较好的模拟结果,验证了整体运动网格方法在处理水上飞机水面降落问题时具备良好的适应性。通过模拟得到过载曲线、运动状态参数和水面状况,将降落过程划分为冲击、滑水、漂浮3个阶段,并通过对各阶段的分析总结出对水面降落过程的一般性认识,以期为水上飞机的设计研发提供方法和参考。 展开更多
关键词 水上飞机 CFD 整体运动网格 降落过程 运动状态
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飞机尾涡流场参数的仿真计算方法研究综述 被引量：12
2
作者 魏志强 屈秋林 +1 位作者 刘薇 徐肖豪 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2019年第1期33-42,共10页
作为缩减尾流间隔、提高运行效率的研究基础,尾涡流场的仿真计算技术是国内外民航空管研究领域的一个研究热点。在飞机尾涡流场的数值模拟方面,介绍了雷诺平均、大涡模拟和分离涡模拟方法在流场数值模拟方面的研究现状及存在问题;在尾... 作为缩减尾流间隔、提高运行效率的研究基础,尾涡流场的仿真计算技术是国内外民航空管研究领域的一个研究热点。在飞机尾涡流场的数值模拟方面,介绍了雷诺平均、大涡模拟和分离涡模拟方法在流场数值模拟方面的研究现状及存在问题;在尾涡流场参数的快速仿真计算方面,综述了典型计算模型的特点及存在的主要问题,包括CROW不稳定性、Greene消散模型、APA消散模型、TDAWP消散模型、D2P消散模型和三阶段消散模型等,分析了上述模型的精度与应用情况。最后对国内外研究现状进行了总结分析,提出了该领域未来的研究方向。 展开更多
关键词 尾流间隔 尾涡流场 数值模拟 消散模型 地面效应
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BWB飞机水上迫降运动特性数值研究
3
作者 郑云隆 刘沛清 +2 位作者 屈秋林 戴佳骅 田逾 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第21期229-242,共14页
翼身融合(BWB)布局是未来民航客机的重要布局形式之一。采用数值模拟方法研究固定下滑角条件下初始迫降速度和俯仰角对BWB飞机水上迫降过程中运动特性的影响规律。采用有限体积法数值求解非定常RANS方程,流体体积分数法捕捉水气交界面,... 翼身融合(BWB)布局是未来民航客机的重要布局形式之一。采用数值模拟方法研究固定下滑角条件下初始迫降速度和俯仰角对BWB飞机水上迫降过程中运动特性的影响规律。采用有限体积法数值求解非定常RANS方程,流体体积分数法捕捉水气交界面,刚体六自由度模型实现飞机受力与运动的耦合,整体动网格方法实现飞机与水面的相对运动。在初始迫降水平速度-俯仰角相平面内,BWB飞机在水上迫降过程中存在稳定运动、海豚运动和跳跃运动3种形式。随着初始迫降速度或俯仰角的增加,飞机逐渐由稳定运动过渡到海豚运动,最终到跳跃运动。当初始迫降水平速度增加时,冲击形成的正压区和浸没滑行形成的负压区的压力绝对值和范围增加,当正、负压区分别位于重心前后时,两者共同导致抬头力矩峰值;当初始迫降垂向速度增加时,飞机入水后回弹到较高的位置;当初始迫降俯仰角增加时,飞机初始重心位置升高,同时迫降初期浸润面积增加变缓,两者共同导致飞机入水深度增加,水线前移。 展开更多
关键词 水上迫降 翼身融合(BWB) 海豚运动 跳跃运动 数值模拟
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共轴对转螺旋桨气动与噪声特性研究进展
4
作者 刘沛清 吕昌昊 +3 位作者 胡天翔 屈秋林 耿欣 孙韬 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第10期100-125,I0002,共27页
共轴对转螺旋桨由于拉力大、气动效率高而备受人们的关注。本文从共轴对转螺旋桨的试验研究、气动性能评估、气动模拟、气动噪声预测、气动噪声优化设计等方面进行了综述。首先,总结了目前国内外在共轴对转螺旋桨气动及噪声方面的试验成... 共轴对转螺旋桨由于拉力大、气动效率高而备受人们的关注。本文从共轴对转螺旋桨的试验研究、气动性能评估、气动模拟、气动噪声预测、气动噪声优化设计等方面进行了综述。首先,总结了目前国内外在共轴对转螺旋桨气动及噪声方面的试验成果;随后,介绍了共轴对转螺旋桨气动力计算的工程方法,并详细阐述了北京航空航天大学陆士嘉实验室提出的共轴对转螺旋桨气动力评估的片条理论发展与参数选择;然后,介绍了共轴对转螺旋桨数值模拟方法,并针对共轴对转螺旋桨气动噪声预测的频域方法和时域方法进行了论述;最后,介绍了目前共轴对转螺旋桨气动噪声优化设计的研究成果。 展开更多
关键词 共轴对转螺旋桨 片条理论 气动噪声 计算流体力学 计算声学
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被历史遗忘了的多层翼飞机 被引量：1
5
作者 刘沛清 郭昊 +1 位作者 屈秋林 邢宇 《力学与实践》 北大核心 2018年第6期727-735,共9页
从飞机出现以来,如何提高飞机的升力就成为飞机设计师需要考虑的一个主要问题。由于飞机气动力正比于飞行速度的平方和机翼面积,所以当飞行速度小时,在同样机翼面积下产生的空气动力也小,但是飞机重量不能减小,因此早期的飞机设计师提... 从飞机出现以来,如何提高飞机的升力就成为飞机设计师需要考虑的一个主要问题。由于飞机气动力正比于飞行速度的平方和机翼面积,所以当飞行速度小时,在同样机翼面积下产生的空气动力也小,但是飞机重量不能减小,因此早期的飞机设计师提出了两层机翼、三层机翼甚至多层翼的布局方式来增大机翼面积,从而解决早期飞机升力不足的问题。随着技术的发展,多层翼布局飞机由于结构复杂、飞行阻力大、最大速度低等缺点而被单层翼布局飞机所淘汰。本文主要介绍一些经典的多层翼布局飞机。 展开更多
关键词 飞机 机翼 多层翼布局
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鸭翼高度对动态俯仰鸭式布局升力特性的影响 被引量：5
6
作者 陈庆民 胡天翔 +2 位作者 刘沛清 曾润琪 屈秋林 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期36-44,共9页
为揭示鸭式布局非定常运动中鸭翼高度对战机纵向气动特性的影响,采用回流水槽测力实验和CFD数值模拟两种手段研究不同鸭翼高度下的鸭式布局(g/c_(w)分别为-0.15、-0.05、0、0.05和0.15)进行低频与高频(k分别为0.0375和0.6000)俯仰振荡... 为揭示鸭式布局非定常运动中鸭翼高度对战机纵向气动特性的影响,采用回流水槽测力实验和CFD数值模拟两种手段研究不同鸭翼高度下的鸭式布局(g/c_(w)分别为-0.15、-0.05、0、0.05和0.15)进行低频与高频(k分别为0.0375和0.6000)俯仰振荡的过程。结果表明:与主翼升力系数相比,鸭翼高度的变化对鸭翼升力产生的影响更为明显。在低频上仰阶段,低置布局的鸭翼涡更易受到下游主翼的干扰作用发生双螺旋破裂,导致鸭翼升力系数明显减小;在低频下俯阶段,低置布局的鸭翼涡也更难重新恢复。在高频上仰阶段,由于鸭翼前缘有效迎角的明显减小,低置与高置布局的鸭翼涡均优先生成于下翼面;在高频下俯阶段,与高置布局相比,低置布局鸭翼涡残留的对流速度更快,导致同等迎角下后者鸭翼的升力系数更低。对主翼而言,高置布局在低频上仰时拥有更高的最大主翼升力系数,但在高频下俯阶段,受到主翼前缘涡破裂与鸭翼高度的影响,高置布局丧失了主翼前缘涡对鸭翼涡尾流的干扰效应,导致主翼升力有所降低。研究结果为进一步深入研究不同鸭翼高度对鸭式布局气动特性的影响提供了参考。 展开更多
关键词 鸭式布局 气动特性 俯仰振荡 对流 涡破裂
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飞机在积水跑道起降过程的溅水雾化研究进展
7
作者 刘沛清 葛晨晖 屈秋林 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第21期78-103,共26页
飞机在积水跑道滑跑过程中的溅水雾化问题将直接影响飞机的起降安全性。根据形成机理的差异,溅水雾化过程可分为2个主要阶段,即起落架轮胎喷溅图型的形成和喷溅形成的水雾在空气流场中的运动。本文首先总结了针对溅水问题的起落架模型... 飞机在积水跑道滑跑过程中的溅水雾化问题将直接影响飞机的起降安全性。根据形成机理的差异,溅水雾化过程可分为2个主要阶段,即起落架轮胎喷溅图型的形成和喷溅形成的水雾在空气流场中的运动。本文首先总结了针对溅水问题的起落架模型试验、飞机滑行试验等研究,并对基于试验数据建立的工程估算方法进行介绍。由于溅水雾化的物理机制复杂,且试验成本高、定量评估困难,因此对于这一问题的数值研究得到了极大的关注与重视。随后,介绍了模拟积水跑道上轮胎运动过程的多种数值方法,其中光滑粒子流体动力学方法(SPH)在模拟溅水问题上具有显著优势,论述了基于SPH方法的大量数值研究。水雾流场运动是一种强非线性的气液两相流问题,阐述了基于离散相模型(DPM)的水雾流场特性数值研究进展,介绍了一种基于SPH方法、结合DPM模型的有限体积法发展而来的飞机溅水雾化数值计算平台。此外,对翻边轮胎等溅水抑制措施研究进行了相关说明。最后,对溅水雾化问题研究的未来发展方向进行了讨论与总结。 展开更多
关键词 溅水雾化 起降安全性 喷溅图型 水雾流场 光滑粒子流体动力学
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拐角扩张比与导流片安装角对BHAW风洞流场品质影响的数值研究
8
作者 刘沛清 陈阅 +1 位作者 张瑾 屈秋林 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第9期82-95,共14页
以北京航空航天大学4 m×3 m低湍流强度、低背景噪声的大型封闭回路气动声学风洞(BHAW)设计需求为工程应用背景,采用k-ωSST湍流模型进行了数值模拟,分析了在多个扩张比下的拐角导流片安装角对流场的影响。研究结果验证了在不同拐... 以北京航空航天大学4 m×3 m低湍流强度、低背景噪声的大型封闭回路气动声学风洞(BHAW)设计需求为工程应用背景,采用k-ωSST湍流模型进行了数值模拟,分析了在多个扩张比下的拐角导流片安装角对流场的影响。研究结果验证了在不同拐角扩张比下的总压损失系数均随导流片安装角增大而先减小后增大,且存在极小值点,极值点对应的导流片安装角与拐角扩张比呈现正相关。在不同的扩张比下,局部损失系数均随导流片安装角增大呈现先减小后增大的变化规律;相同导流片安装角下,拐角中部导流片的摩擦损失系数最大,导流片安装角的变化对中部导流片(即6~8号导流片)的流速影响较小;随着拐角扩张比增大,拐角出口管道内气流不均匀性增大,最佳导流效果的导流片对应的安装角增大。在综合考虑降低总压损失系数和减小管道出口气流偏角两个设计原则后,BHAW风洞为扩张比为1.17的第一拐角选择44°的设计安装角,为扩张比为1的第二、三、四拐角选择44°、43°、42.5°的设计安装角。通过数值计算验证了风洞试验段的核心区动压系数小于0.2%、速度水平偏角小于0.1°,满足BHAW气动设计要求。 展开更多
关键词 气动声学风洞 数值计算 拐角导流片 导流片安装角 拐角扩张比
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大型飞机机身垂直入水冲击特性数值研究 被引量：3
9
作者 张旭 刘沛清 屈秋林 《民用飞机设计与研究》 2018年第2期25-32,共8页
针对带有中央翼盒的某型飞机的机身,数值研究了不同入水速度、姿态角和尾翘角对入水过程中机身压强和冲击力的影响规律。数值模拟中,控制方程选为非定常可压缩流动的雷诺时均Navier-tokes方程(RANS)和实现的k-ε模型,使用体积分数(VOF)... 针对带有中央翼盒的某型飞机的机身,数值研究了不同入水速度、姿态角和尾翘角对入水过程中机身压强和冲击力的影响规律。数值模拟中,控制方程选为非定常可压缩流动的雷诺时均Navier-tokes方程(RANS)和实现的k-ε模型,使用体积分数(VOF)方法捕捉水气交界面的变化,采用整体动网格技术来模拟机身相对于水面的运动。结果分析表明:机身入水过程中压强峰值首先出现在喷溅根部,随后转移至机身底部;入水初期机身冲击力系数迅速增大,而后略有回落,入水后期由于中央翼盒冲击水面会导致冲击力系数再次迅速增大,而后小幅震荡。速度越大、姿态角越大、尾翘角越小,机身冲击力系数越小。 展开更多
关键词 入水冲击 机身尾翘角 冲击力 冲击压强
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拉格朗日剖面法在拖曳水槽涡系演化中的应用 被引量：1
10
作者 陈庆民 胡天翔 +3 位作者 刘沛清 刘岳 赵悦 屈秋林 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期57-65,共9页
传统研究方法对于拖曳水槽中的旋涡涡系演化实验,通常水槽的横流面使用激光片光,并对CCD相机拍摄的时间序列下的旋涡运动图像进行分析,但此类研究方法只局限于研究涡系的平面运动.为能从三维空间对于复杂旋涡的演化过程形成进一步的认识... 传统研究方法对于拖曳水槽中的旋涡涡系演化实验,通常水槽的横流面使用激光片光,并对CCD相机拍摄的时间序列下的旋涡运动图像进行分析,但此类研究方法只局限于研究涡系的平面运动.为能从三维空间对于复杂旋涡的演化过程形成进一步的认识,文中提出了一种提取、重构三维复杂涡系的新方法:拉格朗日剖面法,即在基于流场描述的拉格朗日方法下,利用拍摄到的旋涡运动照片,结合伽利略变换和Matlab软件的图像处理技术,编写代码,确定颜色阈值,将流显图片转化为相应数字图像,并提取拖车运动速度与相机拍摄间隔时间重构涡系在时间维度上的相对位置,将二维平面图像转换到三维尺度中,刻画出旋涡的空间演变形态.本方法对直观认识复杂三维涡系演化现象,分析涡系干扰、演变机理具有一定价值,与常规研究尾涡空间演变的方法相比,具有性价比高的特点. 展开更多
关键词 拖曳水槽 伽利略变换 图像处理 空间演变 涡系干扰
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