动态失速.pptx
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,动态失速初步介绍,静态失速,传统的静态失速认为,当翼型来流迎角增大到某一定值时,在翼型表面会出现大规模流动分离而导致升力突然下降和阻力的突然增加1。
动态失速,在20世纪40年代,Himmelskamp首次在实验中发现了动态失速现象的存在2。
但由于当时人们对航空器的机动性要求不高而且分析手段有限,所以并未对这一现象进行深入研究。
翼型运动方式不同对其升力的影响3,直到60年代一次直升机旋翼实验后才引起普遍关注,关于动态失速特性的研究也随之展开。
Ham4最早给出了关于动态失速发展过程的理论描述。
进入70年代后,McCroskey5等对动态失速现象作了许多实验研究,使得人们对动态失速的发生机理有了更进一步的认识。
1988年CarrLW在他的文章6中指出,动态失速的基本特征是流畅中存在复杂的非定常分离和大尺度涡旋结构,气动力表现出明显的非线性迟滞特性。
1998年Ekaterinaris7等对过去人们研究翼型动态失速所采用的数值方法和研究成果进行了比较全面的总结,表面翼型俯仰运动的折合频率、振幅角、平衡迎角、转轴位置和来流马赫数等因素都对失速涡的强度、发展和脱落有着直接影响,同时翼型的几何形状也极大的影响动态失速特性,一次振荡过程,边界层发生逆流前缘发生流动分离,产生涡流涡沿着弦向流动,产生额外升力涡脱离翼型,进入深度失速下俯直到边界层再次依附,综上,与传统的静态升力不同,动态失速现象是个非常复杂的非线性问题。
如果想得到精确的解则必须求解NS方程,而解NS方程一方面所需计算时间比较久,另一方面由于是强烈的分离流动选择合适的湍流模型也很困难。
所以现在工程上一般使用经验或者半经验的动态失速模型来预测升力曲线。
湍流模型的影响,几种不同的湍流模型算出的动态失速升力曲线。
动态失速工业模型,DouglasI.Greenwell在他的文章8中将动态失速模型分为:
A、ConventionalUnsteadyModellingB、Frequency-DependentAerodynamicModellingC、LinearModellingofTime-DependenciesD、NonlinearTime-DependentModelling,ConventionalUnsteadyModelling,rateofchangeofpitchingmomentwithrespecttotoverticalacceleration,Duncan在他的文章9中指出该类模型的存在性条件:
(1)whereallthevelocitiesofdeviationareextremelysmallinrelationtothedisplacementsofdeviation,andtheaccelerationsverysmallinrelationtothevelocities.
(2)whereallthedisturbancesareproportionaltotheexponentialfunctionoftimeet,andthemotionofdeviationhasexistedforaninfinitetime.,对于一般的上仰或者下俯运动:
对于简谐振荡:
Frequency-DependentAerodynamicModelling,升力系数与缩减频率的关系10,使用该方法时缩减频率也存在上限:
LinearModellingofTime-Dependencies,Forinstance:
现在工程上常用的便是这一类模型,如J.G.Leishlnan和T.S.Beddoes建立的B-L模型12,Tristrant建立的ONERA11模型等。
B-L模型将动态翼型气动特性的模拟分为两个部分:
附着流模拟和分离流模拟。
附着流模拟主要是通过阶跃响应的叠加来模拟翼型的附着流。
分离流的模拟是据Kirchhoff流动理论13将分离点与翼型的气动力联系起来,从而模拟分离时气动力的非线形特征,NonlinearTime-DependentModelling该模型是以上模型的扩展,考虑了非定常运动过程中的历史效应14。
参考文献张家忠李凯伦,陈丽莺.翼型失速的非线性动力学特性及其控制.航空学报.Himmelskamp.H,ProfileInvestigationsonaRotatingAirscrew.MAPVolkenrode,ReportsandTranslationNo.832,1947Caradonna.TheApplicationofCFDtoRotaryWingFlowProblems.NASAUSAAVSCOMTechnicalReport92-A-004.1992.7.2HamND.AerodynamicloadinginatwodimensionalairfoilduringdynamicstallJ.AIAAJournal,1968,6(10);1927-1934McCroskeyWJ.Viscous-inviscidinteractiononoscillatingairfoilinsubsonicflowJ.AIAAJournal,1982,20
(2):
167-174.CarrLW.ProgressinanalysisandpredictionofdynamicstallJ.JournalofAircraft,1988,25
(1):
6-17EkaterinarisJA,PlatzerM.ComputationalpredictionofairfoildynamicstallJ.ProgressinAerospaceSciences,1998,33(11-12):
759-846DouglasI.Greenwell.AReviewofUnsteadyAerodynamicModellingforFlightDynamicsofManoeuvrableAircraft.AIAA2004-5276Duncan,W.J.,SomeNotesonAerodynamicDerivatives,ARCR&M2115,1945Theodorsen,T.1935.Generaltheoryofaerodynamicinstabilityandthemechanismofflutter.NACARep.496,”,Tristrant,D.,“AnalysisofNonlinearandUnsteadyDataforMathematicalModelling”,Chapter8inAGARDAR-305CooperativeProgrammeonDynamicWindTunnelExperimentsforManoeuvringAircraft,October1996Leishman,J.G.andBeddoes,T.S.,“ASemi-EmpiricalModelforDynamicStall”,JournaloftheAmericanHelicopterSociety,Vol34No3,July1989,pp3-17Thwaites,B.,incompressibleaerodynamics,DoverPublications,Inc.,NewYork,1960Tobak,M.andSchiff,L.B.,“TheRoleofTime-HistoryEffectsintheFormulationoftheAerodynamicsofAircraftDynamics,paper26inAGARDCP-235,DynamicStabilityParameters,May1978,
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