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2017年  第2卷  第5期

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研究论文
飞行器低Reynolds数层流分离理论探讨
李锋, 白鹏, 刘强
2017, 2(5): 1-10. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.05.001
160 4
摘要:
低Reynolds数流动由于自身特点导致气动特性严重恶化，非定常、非线性效应突出且预测困难，加之相关基础理论研究不足，给以临近空间低速飞行器和高性能微小型飞行器为代表的低Reynolds数飞行器的开发和研制带来了瓶颈和挑战.首先概述了飞行器低Reynolds数的范畴、低Reynolds数空气动力学的主要问题与挑战.随后从低Reynolds数层流分离基础理论出发，依次介绍了低Reynolds数层流分离经典理论、低Reynolds数层流分离非定常流动特性、低Reynolds数后缘层流分离泡.在此基础上，通过对经典长层流分离泡与后缘层流分离泡力学特性的差异以及随攻角和Reynolds数的演化规律的详细分析，逐步揭示了一些低Reynolds数复杂气动效应的本质，如小攻角升力系数的非线性效应，翼型随Reynolds数下降气动特性的二次恶化效应等.最后对低Reynolds数流动基础理论的发展过程进行了总结，并对层流分离诱导转捩及再附效应等复杂流动问题进行了展望.
Rayleigh-Bénard热对流中non-Boussinesq效应的数值研究
张宇, 曹玉会
2017, 2(5): 11-17. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.05.002
198 6
摘要:
采用变物性格子Boltzmann通量求解器（VPLBFS）研究了Rayleigh-Bénard热对流.以超临界流体为例，采用VPLBFS的简化形式和标准形式分别得到了通常关注的基于Boussinesq假设的常物性解，只考虑部分物性变化的基于partial Boussinesq假设的PBA解，以及考虑流体全部物性变化的变物性解，分析了non-Boussinesq效应对Rayleigh-Bénard热对流的影响，讨论了不同温差条件下的non-Boussinesq效应.研究结果表明：non-Boussinesq效应对超临界流体的Rayleigh-Bénard热对流有非常显著的抑制作用，论证了在研究热对流时考虑流体全部物性变化的必要性.
后掠机翼的横流不稳定性分析及转捩预测
刘坤坤, 阎超, 郝子辉
2017, 2(5): 18-24. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.05.003
170 8
摘要:
后掠机翼边界层的流动稳定性及转捩对翼型的设计及优化有着重要的参考价值，而横流失稳是引起后掠机翼边界层转捩的关键因素之一.以NLF（2）-0415翼型为研究对象，采用三维可压缩Navier-Stokes方程并结合γ-Reθt转捩模式计算了展向无限长后掠机翼的基本流场.由于原始γ-Reθt模式只能预测流向边界层转捩，因此在原始转捩模式中添加横流间歇因子项，进而对复杂构型进行横流不稳定性转捩预测.计算结果显示，利用改进后γ-Reθt转捩模式预测得到的后掠翼型的转捩位置与实验数据吻合较好，证明了修正的转换模式的合理性和实用性.
一种宽速域乘波体的设计及气动特性研究
宋赋强, 阎超, 马宝峰
2017, 2(5): 25-36. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.05.004
443 16
摘要:
为了解决乘波体偏离设计条件下气动特性会恶化，特别在低速时，升力严重不足这个问题，提出了通过增大后掠角生成前缘涡，增加背风面的升力，以改善乘波体低速气动性能.首先使用Visual Basic编程语言，并通过CATIA软件二次开发技术，实现了锥导乘波体的参数化设计和自动生成.再通过控制圆锥角和流场长度这两个设计参数，获得了大后掠乘波体构型.最后，运用剪切应力输运（shear-stress-transport，SST）模型，计算了所得乘波体的气动特性，并分析了流场变化，发现乘波体在设计状态下激波能很好附着在前缘上，在小的正攻角下，乘波体可获得比设计状态更高的升阻比，满足巡航要求.运用k-ω模型计算了乘波体的低速气动特性，得到了不同攻角下升力、阻力和升阻比的变化规律.研究结果发现，乘波体在低速下产生了明显的涡结构，在合适攻角下，能产生数量可观的附加升力，提高了乘波体的水平起降性能.
水滴结冰结霜及合成双射流的防霜防冰实验
李玉杰, 石颜青, 罗振兵, 叶益民, 陈云飞
2017, 2(5): 37-45. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.05.005
83 2
摘要:
对水滴结冰结霜过程及合成双射流作用时水滴结冰结霜过程分别进行了实验研究.实验中将半导体制冷片作为实验板将温度从室温降低到-30℃，采用电子显微镜观测无合成双射流和开启合成双射流作用的水滴凝固结冰结霜过程.结果显示：水滴从下部向上逐渐凝固，并且水滴表面凝固速度大于内部凝固速度.由于水凝固为冰，密度减小、体积增大，使得水滴形态改变，顶端突出，变成锥形.由于合成双射流强迫产生对流换热，凝固水滴不会像无激励器作用时在表面生成针叶状的霜，而是在水滴表面均匀形成一层白色的颗粒状霜.随着时间推移，霜的厚度并没有增加，并且水滴的高度降低，凝固水滴的锥形尖端逐渐变得平坦，水滴与冷板平面的接触面积增加.
精细实验数据
锥体后速度场与压力场的测量与分析
姚一鸣, 王洪伟
2017, 2(5): 46-63. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2017.05.006
164 2
摘要:
利用全流向十七孔压力探针，测量了Re=1.5×105与Re=3.0×105（基于锥体底面直径），攻角为0°，锥角为60°的圆锥体后流场速度与压力分布，并用烟线法进行了流场显示对比，得到了所述两种来流条件下锥体后流动速度场与压力场的详细实验测量数据.对速度与压力分布特征进行相关分析后，得到了两种来流条件下流场涡量ω与耗散熵产Sf云图.同时发现在两种来流条件下，锥体后流场可明显划分为3个区域.轴向速度Vz沿锥体轴线分布规律非常相似，均存在3个低速极值点，且锥体后流动驻点位置静压力均基本等于环境静压力.

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