大涵道比涡扇发动机TPS短舱低速气动特性分析 被引量：14

1

作者 刘凯礼 姬昌睿 +3 位作者 谭兆光 张堃元 张慧骝 司江涛 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期186-193,共8页

为了评估民机低速带动力试验时进排气效应的影响，选取大涵道比发动机涡轮动力模拟器（TPS）短舱和真实发动机短舱作为研究对象，采用数值模拟方法对其起飞、进近状态的低速气动特性进行对比分析。结果表明：由于TPS流量低于真实发动机... 为了评估民机低速带动力试验时进排气效应的影响，选取大涵道比发动机涡轮动力模拟器（TPS）短舱和真实发动机短舱作为研究对象，采用数值模拟方法对其起飞、进近状态的低速气动特性进行对比分析。结果表明：由于TPS流量低于真实发动机需求，其唇口、外罩流场特征和真实发动机短舱有所不同，阻力特性也有差别；在进气道处于亚临界状态时，TPS短舱阻力系数比真实短舱大了约1.7个阻力单位，又由于唇口当地气流攻角更大，使得TPS短舱失速攻角相对降低了约1.0°；当进气道工作于超临界状态时，TPS短舱虽然也可以反映真实短舱的流动特性，但由于捕获流管收缩情况和气流驻点随攻角的变化，使得在0°～20°攻角时TPS短舱的阻力系数高于真实短舱，而在20°～30°攻角时其阻力系数略低，差量最大约为1.8个阻力单位。对于研究的大涵道比发动机，未经唇口及外罩修正的TPS短舱其低速气动特性基本可以反映真实进排气效应的影响，但在气动特性分析中可以考虑进一步修正进气效应的影响。 展开更多

关键词 涡轮动力模拟器 进气道 短舱 阻力 数值模拟

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宽高比对二元高超声速进气道性能的影响 被引量：4

2

作者 刘凯礼 李博 +1 位作者 雷雨冰 张堃元 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期446-450,共5页

对相同迎风面积、不同宽高比的二元高超声速进气道在设计马赫数6.0和非设计马赫数下的三维流场进行了数值模拟,研究了宽高比对进气道流场特征及性能参数的影响。结果表明,随着宽高比的增加,由于进气道长度和气流浸润面积的变化,内压段... 对相同迎风面积、不同宽高比的二元高超声速进气道在设计马赫数6.0和非设计马赫数下的三维流场进行了数值模拟,研究了宽高比对进气道流场特征及性能参数的影响。结果表明,随着宽高比的增加,由于进气道长度和气流浸润面积的变化,内压段进口总压恢复系数、进气道流量系数和内部阻力系数逐渐降低;由于侧壁附近三维流动区域占整个流场的比例不同,当宽高比较小时,侧壁附近三维流动效应对进气道性能影响显著,进气道的总压恢复系数相对降低、增压比升高、温升比升高、出口马赫数降低,小宽高比进气道的低马赫数起动性能趋于恶化;设计马赫数下,宽高比的增加使二元高超声速进气道的反压承受能力降低。 展开更多

关键词 高超声速进气道 宽高比 隔离段 反压特性 数值仿真

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俯仰振荡引起的二元高超声速进气道不起动/再起动特性 被引量：7

3

作者 刘凯礼 张堃元 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期676-680,720,共6页

针对高超声速飞行器受到扰动后俯仰姿态可能会瞬时大幅度改变或振荡的问题,为了分析其对进气道起动/不起动特性的影响,在Ma=4.03条件下对二元高超声速进气道俯仰振荡的流场进行了非定常数值模拟研究。研究结果表明:大幅度俯仰振荡的二... 针对高超声速飞行器受到扰动后俯仰姿态可能会瞬时大幅度改变或振荡的问题,为了分析其对进气道起动/不起动特性的影响,在Ma=4.03条件下对二元高超声速进气道俯仰振荡的流场进行了非定常数值模拟研究。研究结果表明:大幅度俯仰振荡的二元高超声速进气道会出现不起动和再起动现象,进入不起动/再起动状态时的流场特征和性能参数均发生剧烈变化;不同折合频率俯仰动态变化时,进气道的性能参数及流场特征存在明显差异,气动性能存在迟滞现象;折合频率越大,进气道发生不起动时的攻角值越大,再起动时的攻角值越小;折合频率增加到一定程度时,进气道可能出现全程起动或不起动现象,初始攻角将是决定进气道处于全程起动或不起动状态的关键因素。 展开更多

关键词 高超声速进气道 攻角 非定常 不起动 数值仿真

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二元高超声速进气道动态攻角特性风洞实验 被引量：4

4

作者 刘凯礼 张堃元 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期14-19,共6页

为了研究攻角导致的来流定常/非定常变化对二元高超声速进气道性能的影响,在马赫3.85条件下,对一个设计马赫数为6.0的二元高超声速进气道进行了动态攻角变化的风洞实验。实验中,攻角在0°～8.2°连续变化,动态频率最大达到9.3H... 为了研究攻角导致的来流定常/非定常变化对二元高超声速进气道性能的影响,在马赫3.85条件下,对一个设计马赫数为6.0的二元高超声速进气道进行了动态攻角变化的风洞实验。实验中,攻角在0°～8.2°连续变化,动态频率最大达到9.3Hz。实验研究表明:攻角在0°～8.2°连续变化过程中,进气道始终保持着起动状态;攻角增加使进气道出口增压比逐渐上升,流量系数、出口总压恢复系数和出口马赫数逐渐降低;在保持起动状态的攻角连续变化过程中,振荡的二元高超声速进气道其性能变化趋势与准稳态时相似,攻角的动态变化未对进气道性能产生显著影响。 展开更多

关键词 高超声速进气道 攻角 风洞实验 非定常流动

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基于数值模拟的流场附面层边缘识别方法

5

作者 王磊 张堃元 +3 位作者 司江涛 刘凯礼 蔡北京 杨心宇 《民用飞机设计与研究》 2021年第1期50-55,共6页

附面层边缘通常取在速度达到主流速度0.99倍的位置,而复杂流场中主流流动往往并不均匀,给附面层边缘的准确识别造成了困难。为解决此问题,提出了用"参考主流"代替实际主流识别附面层边缘的方法:通过零剪切力滑移壁面边界条件... 附面层边缘通常取在速度达到主流速度0.99倍的位置,而复杂流场中主流流动往往并不均匀,给附面层边缘的准确识别造成了困难。为解决此问题,提出了用"参考主流"代替实际主流识别附面层边缘的方法:通过零剪切力滑移壁面边界条件下数值模拟得到不受附面层干扰的参考主流,在根据附面层定义确定附面层边缘时以该参考主流中的速度代替实际的主流速度。通过斜楔压缩和弯曲压缩两个超声速压缩流场对该识别方法进行了验证,所得到的斜楔压缩出口截面上附面层厚度与采用实际主流速度判断得到的厚度相对误差仅4.1%。根据该方法的识别结果对弯曲压缩型面设计进行附面层修正后,弯曲激波高度与无黏设计值之间的误差从修正前的2.0%降低至0.3%,压缩面末端压力的相对误差从修正前的6.6%降低至2.3%。该方法避免了指定主流速度的主观性,识别结果较为准确。 展开更多

关键词 附面层厚度 数值模拟 流场可视化 发动机进气道 附面层发展 附面层修正

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大涵道比发动机通流短舱阻力特性修正数值研究 被引量：3

6

作者 刘凯礼 司江涛 +2 位作者 赵克良 钟园 柴啸 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期978-985,共8页

为准确获取大涵道比发动机气动特性,根据民用飞机研制需求,对民用干线飞机的发动机短舱三维流场进行数值模拟,对比了通流短舱和真实发动机短舱流场特征,分析了通流短舱的气动特性和阻力修正方法。结果表明:大涵道比发动机通流短舱的流... 为准确获取大涵道比发动机气动特性,根据民用飞机研制需求,对民用干线飞机的发动机短舱三维流场进行数值模拟,对比了通流短舱和真实发动机短舱流场特征,分析了通流短舱的气动特性和阻力修正方法。结果表明:大涵道比发动机通流短舱的流场特征、气动力和真实发动机较为接近,但是由于发动机内流通道气动力一般计入推力和无法完全模拟发动机进排气效应,有必要对通流短舱进行考虑内部阻力在内的气动特性修正;通过对大涵道比发动机推阻力划分理论进行分析,获得了与真实发动机一致的通流短舱气动力分解方法,并可以较好地应用到通流短舱内部阻力修正上;通过对通流短舱阻力修正(含内阻修正和溢流阻力修正),在巡航状态下修正后的通流短舱与发动机动力短舱阻力特性差异降低了约46%;在高速巡航状态,阻力修正后的通流短舱气动特性可以更好地反映真实发动机工作的影响,但依然有必要对发动机动力喷流影响开展进一步的分析工作。 展开更多

关键词 民用飞机 发动机 短舱 阻力 数值模拟

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民用飞机尾吊发动机安装效应对推力影响研究 被引量：7

7

作者 党亚斌 刘凯礼 +1 位作者 谭兆光 蒋晓莉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1712-1719,共8页

为准确分析并确定飞机气动力从而获取飞机气动特性,根据民用飞机研制和性能飞行试验的研究需求,采用数值模拟方法对飞机和发动机带动力三维流场进行了计算,分析了安装和非安装状态下发动机附近流场和其推力参数的变化,初步获得了发动机... 为准确分析并确定飞机气动力从而获取飞机气动特性,根据民用飞机研制和性能飞行试验的研究需求,采用数值模拟方法对飞机和发动机带动力三维流场进行了计算,分析了安装和非安装状态下发动机附近流场和其推力参数的变化,初步获得了发动机安装效应对尾吊式民机推力预测的影响。结果表明:本文采用的基于流管假设的推阻力划分方法和数值模拟分析方法,可以获得发动机安装前后的总推力、净推力、安装推力和各推力分量,其结果与发动机性能模型预测基本一致;在带动力条件下,对飞机可用推力的预测需仔细分析安装效应对发动机安装推力的影响,和非安装状态不同,安装状态下喷管气流易受机体/机翼/吊挂流场干扰,其上产生较为明显的压缩-膨胀-再压缩过程;对发动机安装和非安装状态内外涵喷管流动分析表明,出口气流的压力损失和摩阻差异可能是导致推力分量产生变化的主要原因。 展开更多

关键词 民用飞机 发动机 安装效应 推力损失 数值模拟

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用隐式高精度间断伽辽金方法模拟可压层流和湍流 被引量：7

8

作者 党亚斌 刘凯礼 +1 位作者 孙一峰 杨小权 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期535-541,共7页

为了提高隐式高阶间断伽辽金数值方法的稳定性,发展了一种基于解析精确Jacobian矩阵的GMRES隐式方法,用于求解可压缩层流和湍流问题。在GMRES的求解中,无黏通量和黏性通量的Jacobian矩阵采用链式法则解析精确求解,并用于线性系统方程的L... 为了提高隐式高阶间断伽辽金数值方法的稳定性,发展了一种基于解析精确Jacobian矩阵的GMRES隐式方法,用于求解可压缩层流和湍流问题。在GMRES的求解中,无黏通量和黏性通量的Jacobian矩阵采用链式法则解析精确求解,并用于线性系统方程的LU-SGS预处理和GMRES矩阵矢量生成;与此同时,对修正的负Spalart-Allmaras湍流模型的生成源项进行了修正,以避免隐式化求导时出现非物理解。通过典型层流和湍流算例对发展的方法进行了验证,研究结果表明:基于精确Jacobian矩阵的隐式GMRES方法,不仅能够提高隐式高精度间断伽辽金方法计算的稳定性,而且还能够提高计算效率。 展开更多

关键词 间断伽辽金方法 精确Jacobian GMRES 层流 湍流

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民用飞机进气道低速大迎角性能风洞实验和数值计算分析 被引量：1

9

作者 王磊 刘凯礼 +3 位作者 陈勇 司江涛 周诗睿 邵庆龄 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1235-1244,共10页

为了研究民用飞机进气道在起飞低速大迎角状态下的流场特征和性能,对设计马赫数为0.785的进气道进行了风洞实验和数值计算,来流马赫数为0.2,迎角变化为0°~25°,流量系数为0.29~2.07。研究结果表明:在起飞工况条件下,进气道正... 为了研究民用飞机进气道在起飞低速大迎角状态下的流场特征和性能,对设计马赫数为0.785的进气道进行了风洞实验和数值计算,来流马赫数为0.2,迎角变化为0°~25°,流量系数为0.29~2.07。研究结果表明:在起飞工况条件下,进气道正常工作迎角可达到25°;在起飞单发失效工况条件下,进气道外罩上流动分离迎角在13°~16°;在大迎角工作条件下内流未产生分离时,出口气流畸变受发动机流量变化影响较小。通过研究结果分析了进气道在低速大迎角状态下的流场特征及其随迎角、流量的变化规律。数值计算和风洞实验结果的对比表明,在没有流动分离时两者基本一致;但是对于外流分离迎角的预测,两者有3°差异,表明风洞实验依然是考核进气道性能的必要手段。 展开更多

关键词 总压畸变 进气道 短舱 风洞实验 流动分离 失速 数值计算

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民用飞机低速俯仰力矩特性改善研究 被引量：1

10

作者 钟园 杨小权 +2 位作者 刘凯礼 吴大卫 司江涛 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期569-577,共9页

针对某民用尾吊飞机低速时俯仰力矩上仰的情况,研究了一种新型的改善措施--内侧缝翼截短。采用数值模拟方法对其基本着陆构型以及改善措施的气动特性进行研究,给出了在大迎角下工作的流场特征,分析了改善措施改善俯仰力矩特性的流动机理... 针对某民用尾吊飞机低速时俯仰力矩上仰的情况,研究了一种新型的改善措施--内侧缝翼截短。采用数值模拟方法对其基本着陆构型以及改善措施的气动特性进行研究,给出了在大迎角下工作的流场特征,分析了改善措施改善俯仰力矩特性的流动机理,并对改善措施对发动机进气畸变的影响进行了评估。研究结果表明:低速俯仰力矩形态取决于机翼的分离位置;分离从外侧开始会使飞机"抬头",分离从内侧开始会使飞机"低头";平尾提供的俯仰力矩决定了总的俯仰力矩;分离从内侧开始使飞机"低头"的主要原因是降低了机翼对平尾的下洗;改善措施在失速迎角内不会对尾吊飞机的发动机进气产生影响。 展开更多

关键词 俯仰力矩 低速 民用飞机 数值模拟 机理

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民用飞机进气道的侧风畸变研究 被引量：23

11

作者 刘凯礼 孙一峰 +2 位作者 钟园 张堃元 张慧骝 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期289-296,共8页

结合民用飞机动力装置/机体集成研究的具体需要,采用数值模拟方法对大涵道比涡扇发动机进气道的侧风畸变特性进行研究,给出了进气道在侧风条件下工作的流场特征,分析了导致侧风畸变的流动机理.研究结果表明:进气道的侧风畸变主要受到典... 结合民用飞机动力装置/机体集成研究的具体需要,采用数值模拟方法对大涵道比涡扇发动机进气道的侧风畸变特性进行研究,给出了进气道在侧风条件下工作的流场特征,分析了导致侧风畸变的流动机理.研究结果表明:进气道的侧风畸变主要受到典型的气流分离与再附以及地面吸入涡等复杂流动现象的影响;当进气道内部气流出现分离时,侧风畸变会随侧风速度的增加而突然加剧;进气道在近地面工作状态,产生的地面吸入涡现象可能会使短舱的侧风容限明显降低.此外,侧风状态的进气畸变特性随着发动机流量的变化,进气道内部气流的分离与再附存在差别,这导致了进气畸变指数呈现迟滞变化. 展开更多

关键词 畸变 进气道 民用飞机 侧风 短舱

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迎角动态变化对二元高超声速进气道气动特性的影响 被引量：10

12

作者 刘凯礼 张堃元 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期709-714,共6页

针对高超声速飞行器受到扰动后迎角可能会发生瞬时大幅度改变或振荡的问题,对来流马赫数为4.03、迎角动态变化的二元高超声速进气道流场进行了非定常数值模拟,分别在进气道等速上仰和按正弦波振荡条件下研究了迎角动态变化对进气道气动... 针对高超声速飞行器受到扰动后迎角可能会发生瞬时大幅度改变或振荡的问题,对来流马赫数为4.03、迎角动态变化的二元高超声速进气道流场进行了非定常数值模拟,分别在进气道等速上仰和按正弦波振荡条件下研究了迎角动态变化对进气道气动特性的影响。计算结果表明:迎角动态变化时,进气道流场特征和性能参数的变化规律和稳态时情况基本保持一致,但是存在明显的迟滞现象;二元高超声速进气道动态上仰的迎角速率越大,进气道发生不起动时的迎角值越大;在进气道下壁面附近的低速区,非定常效应的影响显著,受进气道固壁面运动的影响,低速区的产生、发展及消失影响进气道气动特性。 展开更多

关键词 高超声速进气道 迎角 非定常 不起动 数值模拟

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侧压式进气道动态攻角特性的风洞实验

13

作者 刘凯礼 张堃元 郭斌 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1794-1800,共7页

为了研究攻角导致的来流条件非定常变化对高超声速进气道性能的影响，以一个设计马赫数为6的侧压式进气道为研究对象，结合数值模拟的方法，在马赫数为3．85条件下进行了攻角动态变化的风洞实验，攻角变化范围为0°～8．2°，... 为了研究攻角导致的来流条件非定常变化对高超声速进气道性能的影响，以一个设计马赫数为6的侧压式进气道为研究对象，结合数值模拟的方法，在马赫数为3．85条件下进行了攻角动态变化的风洞实验，攻角变化范围为0°～8．2°，最大频率达到10．4Hz．研究结果表明：工作在大攻角时，侧压式进气道出现不起动现象，流场特征出现很大变化；攻角动态变化时，进气道重复出现起动一不起动再起动现象，由于受到壁面运动的影响，壁面点压力随攻角的变化曲线出现一定的迟滞现象，这在不起动时尤为明显；当进气道攻角动态频率增加时，进气道不起动时的攻角逐渐增加，而再起动时的攻角逐渐减小． 展开更多

关键词 高超声速进气道 不起动 风洞实验 攻角动态变化 非定常流动

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外物损伤对民用飞机短舱内/外流气动特性的影响 被引量：5

14

作者 姬昌睿 刘凯礼 +1 位作者 张鹏飞 司江涛 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期772-781,共10页

根据民用飞机动力装置/机体适航验证研究需要,结合三维有限元碰撞冲击仿真,进行了外物损伤(FOD)条件下发动机短舱内/外流数值模拟分析,初步获得了外罩变形对短舱气动特性的影响。结果表明:结合三维有限元碰撞冲击仿真进行的民用飞机短... 根据民用飞机动力装置/机体适航验证研究需要,结合三维有限元碰撞冲击仿真,进行了外物损伤(FOD)条件下发动机短舱内/外流数值模拟分析,初步获得了外罩变形对短舱气动特性的影响。结果表明:结合三维有限元碰撞冲击仿真进行的民用飞机短舱气动特性数值模拟,可以较好地分析FOD对发动机短舱内/外流气动特性和安全性能的影响;在内流方面,外罩和唇口的变形导致了巡航状态和低速大流量等状态短舱内流品质降低,一定程度上影响了进气道流通能力并进一步降低了发动机效率;在外流方面,外物损伤变形导致的气流分离致使局部唇口的前缘吸力丧失,这使得FOD短舱的阻力系数始终比光滑短舱的大,但是当外罩流动均处于失速状态时,两者的阻力特性差异降低。通过对严重影响短舱气动特性或飞机安全性的FOD进行评估,表明该研究成果可以为短舱结构设计的优化和民用飞机安全性分析提供技术依据与建议。 展开更多

关键词 民用飞机 外物损伤 短舱 进气道 总压恢复系数 数值模拟

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不同外罩型线短舱边界层的转捩位置预测

15

作者 文豪 苏彩虹 +2 位作者 张美红 刘凯礼 王美黎 《空气动力学学报》 2024年第11期43-54,I0001,共13页

在设计短舱外罩型线时,希望尽可能使其表面边界层保持层流状态,以减小摩阻,提高有效载荷。理解边界层的转捩机制,并准确预估转捩发生的位置,有利于有效评估不同外罩型线设计方案。以巡航状态下3种不同外罩型线的通气短舱为研究对象,采... 在设计短舱外罩型线时,希望尽可能使其表面边界层保持层流状态,以减小摩阻,提高有效载荷。理解边界层的转捩机制,并准确预估转捩发生的位置,有利于有效评估不同外罩型线设计方案。以巡航状态下3种不同外罩型线的通气短舱为研究对象,采用线性稳定性理论分析了边界层稳定性特征,并综合考虑T-S波和激波诱导分离泡这两种转捩机制,预测了不同外罩型线下短舱边界层的转捩位置。结果表明,逆压梯度越大,T-S波越不稳定,流动分离的位置也越靠前。因此,设计时应尽可能保持大范围的顺压梯度并减小逆压梯度,这将有利于推迟转捩发生。此外,针对风洞实验中的短舱缩比模型,比较了预测的转捩位置与实验转捩位置,发现两者的转捩线在形态上非常一致,进一步证实了预测方法的有效性。 展开更多

关键词 转捩预测 短舱 边界层 线性稳定性理论 e^(N)方法

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