本文關(guān)鍵詞：緊密編隊飛行渦流減阻機理及隊形參數(shù)優(yōu)化研究

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【摘要】：編隊飛行是自然界中大型鳥類在長途遷徙中常用的方式。人類很早就注意到了這一現(xiàn)象,早在一個世紀(jì)前,國外學(xué)者就使用升力線理論對三只鳥的編隊飛行做了分析,指出鳥類編隊飛行具有空氣動力學(xué)上的優(yōu)勢。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,編隊飛行在人類飛行活動中出現(xiàn)得越來越頻繁,如戰(zhàn)斗機編隊飛行,運輸機編隊飛行。最典型的編隊飛行方式是空中加油過程。在日益追求燃油經(jīng)濟性和環(huán)保性的今天,除了不斷提高飛機的氣動性能外,人們將目光轉(zhuǎn)向了仿生學(xué)——利用編隊飛行進行節(jié)能和增加航程。國外在這方面進行了許多理論和實驗研究,主要是線性理論分析和位勢流計算、低速風(fēng)洞實驗以及飛行實驗,對編隊飛行的減阻機理有了較深的認識。但目前國內(nèi)這方面的研究還較少,主要集中在編隊飛行控制方法研究方面,使用的是位勢流模型,對編隊飛行的減阻機理研究較少,編隊隊形參數(shù)的獲取也十分粗糙。本文研究了長機尾渦流與僚機的氣動耦合作用,深入分析了編隊飛行對僚機的減阻機理；建立僚機氣動力系數(shù)的響應(yīng)面模型,以僚機相對長機的位置參數(shù)為自變量,以僚機的升阻比為目標(biāo)函數(shù),對僚機位置參數(shù)做優(yōu)化研究；利用響應(yīng)面模型分析了位置參數(shù)對僚機升阻比的影響,在典型站位進行了位置參數(shù)的穩(wěn)定性分析；開展了低速風(fēng)洞測力實驗和PIV流場測量實驗,對位置參數(shù)的影響規(guī)律進行了驗證。主要內(nèi)容如下：1.用位勢流的方法,將長機的尾渦流簡化為一對向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)的半無限長渦絲,以僚機相對長機的位置參數(shù)為自變量,采用奧森渦模型計算僚機位置的誘導(dǎo)速度,獲得僚機的有效迎角,建立僚機升力、阻力增量模型。通過該模型分析了位置參數(shù)對升力和阻力的影響,并與文獻實驗結(jié)果進行了比較。2.利用CFD方法對飛翼構(gòu)型的單機尾渦流演化過程進行研究,分析其尾渦流的特點。在此基礎(chǔ)上,對飛翼構(gòu)型的三機領(lǐng)頭模式編隊飛行做氣動耦合計算,探討編隊飛行的減阻機理。3.采用網(wǎng)格變形技術(shù)實現(xiàn)隊形參數(shù)的改變,建立僚機氣動力系數(shù)隨位置參數(shù)變化的Kriging響應(yīng)面模型,利用基于EI函數(shù)的EGO優(yōu)化方法尋找僚機氣動性能最佳的位置,基于Kriging模型對僚機的位置參數(shù)影響規(guī)律及位置參數(shù)穩(wěn)定性作了分析。4.開展飛翼構(gòu)型的低速風(fēng)洞編隊飛行測力實驗和PIV流場測量實驗,研究位置參數(shù)的影響規(guī)律,驗證數(shù)值計算的分析結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：編隊飛行 減阻 計算流體力學(xué) 建模 優(yōu)化 風(fēng)洞實驗
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V211
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 編隊飛行研究背景與意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文的主要工作15-18
• 第二章 數(shù)學(xué)模型18-28
• 2.1 旋渦模型18-21
• 2.1.1 二維位勢渦18-19
• 2.1.2 蘭金復(fù)合渦19-20
• 2.1.3 奧森渦模型20-21
• 2.1.4 其他渦模型21
• 2.2 上洗數(shù)學(xué)模型21-24
• 2.3 模型驗證24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第三章 數(shù)值模擬28-46
• 3.1 數(shù)值方法28-37
• 3.1.1 方法介紹28-32
• 3.1.2 方法驗證及尾渦演化32-37
• 3.2 編隊流場分析37-43
• 3.2.1 尾渦與僚機的相互作用38-41
• 3.2.2 位置影響41-43
• 3.3 本章小結(jié)43-46
• 第四章 參數(shù)優(yōu)化46-62
• 4.1 動網(wǎng)格方法46-47
• 4.2 Kriging模型47-50
• 4.3 EGO優(yōu)化方法50-54
• 4.4 隊形參數(shù)優(yōu)化54-57
• 4.5 位置穩(wěn)定性分析57-59
• 4.6 本章小結(jié)59-62
• 第五章 風(fēng)洞實驗62-80
• 5.1 實驗介紹62-64
• 5.2 測力實驗64-74
• 5.3 PIV實驗74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-80
• 第六章 總結(jié)80-84
• 6.1 工作總結(jié)80-81
• 6.2 下一步工作展望81-84
• 參考文獻84-88
• 附錄1 基于弧長的TFI插值方法88-90
• 附錄2 Kriging模型中的回歸基函數(shù)和關(guān)聯(lián)函數(shù)90-92
• 致謝92-94
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果94

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本文編號：803193