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期刊信息/Journal information
空气动力学学报
中国空气动力学会
空气动力学学报

中国空气动力学会

邓小刚

双月刊

0258-1825

kqdlxxb@aas.cardc.com

0816-2463287

621000

四川绵阳211信箱

空气动力学学报/Journal Acta Aerodynamica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中国空气动力学会主办的综合性学术刊物，主要刊载空气动力学领域具有创造性的理论、实验和应用论文，也发表流体力学，风工程等方面的好论文。是国家一级刊物，也是重要的核心期刊，被国内外重要数据库收录。
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    高焓流场球头外形气动热试验研究

    田润雨龚红明常雨刘济春...
    1-12页
    查看更多>>摘要：再入地球大气层时,飞行器的再入速度极高,面临严重的气动加热问题.为了研究高焓流动导致的热化学非平衡现象,在高焓膨胀风洞FD-14X中开展了球头外形的热流测量试验以及CFD仿真模拟.FD-14X为中国空气动力研究与发展中心新建成的高焓膨胀风洞,速度模拟能力达到第二宇宙速度,总温模拟能力超过 10 000 K,能够产生总焓70 MJ/kg的试验气体.试验来流总焓 16.9～63.5 MJ/kg,球头直径 20～50 mm,流场采用自发光拍照,同时CFD仿真采用Park双温非平衡模型计算球头绕流流场.试验与仿真结果表明:来流总焓大于 5 MJ/kg时,球头绕流场存在显著的热化学非平衡现象;304 钢模型壁面在来流总焓小于 20 MJ/kg时表现为非催化壁面特性,在来流总焓大于 30 MJ/kg时表现为催化壁面特性;当球头表面镀氧化锆膜、来流总焓 49.5 MJ/kg时,球头壁面表现为非催化壁面特性.

    高焓膨胀风洞球头高温效应热化学非平衡壁面催化/非催化特性热流

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    基于卷积神经网络的气动热预测方法

    袁佳铖宗文刚曾磊李强...
    13-25页
    查看更多>>摘要：严重的气动加热现象会威胁飞行器的飞行安全,因此在飞行器设计期间需要对其气动热环境进行预测以辅助热防护设计,气动热的预测速度直接影响了飞行器的设计效率.为了探索气动热的快速预测方法以缩短高超声速飞行器的设计周期,本文基于卷积神经网络建立了数据驱动的气动热预测模型.首先,为了实现不同外形飞行器的表面热流预测,提出了一种能够用于卷积神经网络的三维外形几何表达方法.然后,基于该方法分别采用编码器-解码器架构和U-Net架构建立了两种神经网络模型,实现了气动热的快速预测.最后,选取钝锥、钝双锥、升力体和双椭球 4 类高超声速飞行器典型外形作为研究对象,采用CFD数值模拟方法构建了气动热数据集,在不同的气动热数据集上对建立的模型进行了训练和测试.计算验证结果表明,两种模型针对简单外形预测精度良好,但当外形变复杂时,U-Net模型对外形的感知能力更强,具有更高的预测精度.与其他数据驱动的方法相比,U-Net模型具有更强的学习能力,能够在较少的训练样本下达到相对较高的预测精度.另一方面,由于该方法采用了大量卷积神经网络结构,因此具有更高的建模效率.

    卷积神经网络数据驱动气动热计算流体力学高超声速

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    测耙数量对进气道稳态畸变特性测量的影响

    王霄沈天荣潘英郭佳男...
    26-32页
    查看更多>>摘要：在现代战斗机进气道相关试验中,受低速辅助进气门打开和隐身大S弯管道、大迎角侧滑角飞行姿态等复杂因素影响,进气道流场畸变较大,不同测耙数量的测试结果相差较大.国内外对进气道出口流场稳态畸变的测量及计算有较多研究,但鲜有测耙数量对进气道稳态畸变测量影响的全面对比研究.本文采用测耙测量进气道大压力梯度区和低压区并计算其稳态畸变,针对进气道风洞试验、全尺寸进发联合台架试验和进发匹配试飞,对常用的 6 支耙和 8 支耙形式测量结果进行对比研究.结果表明,对于形状复杂的战斗机进气道而言,进气道出口流场的测试需要尽可能采用8 支测耙的测量方式,才能取得满意的结果.特别是舰载战斗机在舰面环境下,受舰首来流及偏流板反射等因素影响,进气道流场更加复杂,且发动机工作在特殊加力状态,对进发匹配稳定性要求也更加苛刻,更有必要采用 8 支测耙的测量方式.

    进气道进发匹配试飞测试风洞试验畸变测耙进发相容性

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    基于全局稳定性理论的eN方法对高超声速有迎角锥背风流向涡转捩分析

    陈曦涂国华万兵兵袁先旭...
    33-44页
    查看更多>>摘要：有迎角圆锥表面存在周向压力梯度,压力梯度驱使流体从迎风面的高压区向背风面的低压区流动,导致背风中心线附近出现大尺度流向涡结构,从而进一步失稳触发转捩.本文利用全局稳定性理论与eN方法,研究 3 个不同工况下高超声速有迎角圆锥的流向涡转捩问题.研究发现,Mack模态在上游流向涡较弱时为主导模态,但当流场出现周向卷曲、流向涡逐渐增强时逐渐减弱,此时流向涡失稳模态出现,并逐渐成为主导不稳定性.基于全局稳定性得到不稳定模态的N值.结合风洞实验测量结果可判断,在迎角2°时转捩N值不到3,而在迎角4°、转捩完成时的N值可达6 左右.

    边界层转捩流向涡全局不稳定性分析风洞实验N值

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    多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

    赵泽灏张金龙董宇红
    45-54页
    查看更多>>摘要：为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究.在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型、局部非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型、理想金属(ideal metal foams,IMF)模型计算温度分布.通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性.研究表明:LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正.

    传热多孔介质壁面槽道湍流直接数值模拟局部热平衡模型

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    各向异性Kelvin泡沫胞元高径比对其流动传热特性的影响

    张超孔祥壮杜雁霞王娴...
    55-66页
    查看更多>>摘要：飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点,孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要.以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象,采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速技术,实现了同时考虑泡沫骨架导热和多胞元孔隙尺度强迫对流换热的共轭传热数值模拟.在上述基础上,分别选取了Re = 10、100、1000 计算条件,开展了不同胞元高径比(H/D = 0.5、0.75、1.0、1.5、2.0)对其流动传热特性的影响规律研究.结果表明,在不同Re条件下,随着各向异性Kelvin泡沫H/D的减小,其泡沫内部的流动阻力及努塞尔数均增大,且随着Re的增大,对流换热的作用增强,H/D的影响也更为明显.此外,相比于流动阻力,结构传热性能受H/D的影响变化速率更大,由此造成综合传热因子(j/f1/3)与H/D成反比关系,即减小Kelvin胞元H/D可有效提高泡沫结构的综合传热性能.

    各向异性Kelvin泡沫流动阻力综合传热因子

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    高速跨介质入水多相流动与流固耦合特性研究综述

    明付仁王嘉捷刘文韬刘祥聚...
    67-85页
    查看更多>>摘要：高速跨介质入水问题广泛存在于海洋工程、航空航天等领域,入水多相流动与流固耦合作用机理是该领域的研究热点,对于跨介质航行器的载荷预报、弹道稳定性评估、结构强度校核以及安全性设计等具有重要意义.本文围绕高速跨介质入水所涉及的基础关键力学问题,重点论述了高速跨介质多相流动与空泡演化、冲击载荷与降载方法、运动稳定性与流固耦合响应、流固耦合数值研究方法等方面的研究现状,并针对目前仍存在的问题提出了建议,旨在为高速跨介质入水的相关研究与设计等提供参考.

    高速入水多相流动冲击载荷与降载结构响应流固耦合

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    旋翼近水面效应影响因素

    白兴之吴文华林泽铖范召林...
    86-99页
    查看更多>>摘要：旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性.研究分析了旋翼近水面效应关键影响因素,指出了旋翼在近水面工作时拉力、扭矩与功率剧烈变化的原因,初步认识了液滴对于旋翼的作用,揭示了近水面效应影响规律:对于直径 0.56 m桨叶,在高油门、低水面距离工况下,近水面效应具有非线性增升、增阻、转速降低、需用功率增大的效果;低油门、高水面距离工况下具有增升、减阻的效果;同时近水面效应又受旋翼直径、桨叶类型、转速影响.对于直径 0.25 m桨叶,在不同工况下近水面效应都具有增升、减阻的效果.

    近水面效应跨介质飞行器旋翼自由面地面效应液滴

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    自由面碎冰浮冰环境高速入水动力学特性

    张润东段金雄孙铁志张桂勇...
    100-112页
    查看更多>>摘要：为了研究碎冰环境下航行体高速入水过程中的空泡流场演化、航行体动力学响应以及碎冰载荷特性等规律,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立了碎冰环境下的航行体高速入水流固耦合计算模型,并与高速入水试验、冰材料三点弯矩试验对比验证了方法的有效性和冰材料模型的可靠性.利用构建完成的高速入水流固耦合计算模型重点研究了碎冰以及碎冰间隙对航行体入水过程流场、动力学参数以及载荷的影响.研究结果表明:碎冰的存在对航行体入水后的水面抬升以及产生的飞溅演化存在抑制作用;碎冰环境下航行体的入水冲击载荷显著增加,其过程相较于无冰环境具有更大的动能损耗,但其砰击载荷持续时间与无冰环境入水过程一致;入水形成的飞溅冠连续性随着碎冰间隙的增加而增加,一定碎冰间隙范围内,航行体瞬时砰击载荷与间隙大小呈负相关关系,间隙足够大时,砰击载荷变化相对较小.

    流固耦合任意拉格朗日-欧拉方法碎冰环境高速入水数值模拟

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    近自由面通气空泡诱导的飞溅水层闭合行为数值模拟

    王广航王静竹杜岩王志英...
    113-122页
    查看更多>>摘要：当空泡与自由面距离较远时,两者不会发生界面的直接相互作用,表现为以界面间液态水为间接媒介的弱耦合作用.当空泡靠近自由面时,两者界面发生直接相互作用,表现为空泡通气、自由面飞溅以及水层闭合行为的强耦合作用.本文通过数值模拟分析了强耦合作用下飞溅水层闭合行为.基于开源的OpenFOAM平台的多相可压缩求解器,采用有限体积法直接求解Navier-Stokes方程,并使用流体体积法来捕捉气液界面.结果表明,外部气体进入空泡的时间随着无量纲距离γ和环境压力的增加而减少,飞溅水层闭合高度随无量纲距离γ的增加而增加,随着环境压力的增加而减少.通过对飞溅水层受力分析,获得了近自由面空泡诱导的飞溅水层闭合机制,主要是由水层两侧的压差力驱动,而且,水层闭合时间与环境压力满足-0.92 幂次律关系.

    空泡通气自由面飞溅水层闭合数值模拟

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