正交各向异性薄膜沉浮运动流固耦合效应的数值研究

采用非线性有限单元法和非定常面元法,实现了正交各向异性矩形薄膜在拍动中的流固耦合数值模拟,并研究薄膜在小攻角沉浮运动时,在惯性力和气动力共同作用下的非定常变形响应及对应的气动特性.结果显示,在相同的沉浮运动条件下,薄膜的柔性有助于改善其气动性能,即薄膜弦向、展向弹性模量减小,引起柔性变形幅度的较大增加,则作用于膜上的平均气动升力也相应显著增高,而平均升力与平均气动功率的比值仅略有降低.     

伸缩翼变体飞行器的动态气动特性研究

变体飞行器可以在飞行中主动改变自身气动外形以在不同飞行环境中始终保持良好性能。本文针对一种伸缩翼结构变体飞行器模型进行了动态气动力测量,并采用烟线技术实时显示伸缩机翼区域流场。结果表明变体运动时飞行器气动特性存在着一定的非定常迟滞效应,且运动速度越大,迟滞效应越明显。出现这种非定常现象的原因是气体对模型运动的动态响应迟滞,随后进行的烟线试验证明了伸缩翼运动对翼尖涡瞬时结构具有显著影响。     

先进布局飞机自由滚转试验现象的仿真

当迎角较大时,小展弦比飞翼布局飞机产生了滚转方向的极限环振荡.为仿真该试验现象,文章通过建立相应的非线性气动力模型,准确描述了非定常气动力,进而以刚体运动方程模拟了风洞自由滚转试验过程.相较于传统线性化气动导数模型,该气动力模型表现出更高的建模精度,成功复现了该机的滚转自激振荡现象,展现出在大迎角非定常气动力建模方面的独特效果.最终仿真结果表明,滚转自激振荡是正负阻尼与静稳定性共同作用的结果.     

蜻蜓拍翼前飞中模型翼动态柔性变形的气动效应研究

根据蜻蜓拍翼前飞激发的流场具有St>>1/Re的特点，在理论模化框架下，本文采用势流假设，用二维变形体前、后缘脱涡的面元法研究了前飞模型蜻蜓翼在周期性拍动中动态柔性变形引起的气动力响应。通过比较柔性模型翼和刚性模型翼气动力随时间的变化，发现在下拍行程中动态柔性变形显著地提高了升力和推力；值得注意的是，蜻蜓前飞时，翼的实际柔性变形幅值恰处于一个最佳范围内，它大幅地提高了升力，同时使消耗的气动功率趋近于最低，有利于蜻蜓维持前飞状态。     

HG-4号风洞试验下飞行器气动特性研究——以鸭式布局鸭翼展弦比为例

通过HG-4号风洞实验,讨论了展弦比鸭翼在不同迎角、马赫数及不同飞行状态下对飞行器气动特性的影响。实验结果表明,飞行器的滚转特性受到展弦比的影响,并且影响幅度相对较大,当展弦比减小时,尾翼上的滚转力矩,尤其是反向力矩也随之减小,副翼反效状态甚至可能会完全抵消,但研究的同时表明展弦比大小对飞行器升力特性影响相对较小。     

科学中国人重点作者介绍

<正>童秉纲,中国科学院院士,著名力学家、教育家。童秉纲院士主要从事流体力学中的非定常流、生物运动流体力学、涡运动等方面的研究与教学工作,领导其科研集体取得多项重要成果。在非定常空气动力学领域,结合国家航天工程的需要率先开拓和发展了一套从低速直到高超声速的动导数计算方法,并发展了以有限元方法为主体的计算气动热     

基于旋转杆的低雷诺数SD7003翼型流动控制研究

为了研究翼型边界层内旋转杆对SD7003翼型的尾涡模式和气动特性的影响,本文基于高精度的谱单元方法,对α=4度及Re=5000下SD7003翼型进行直接数值模拟.通过改变旋转杆在边界层内的位置和转速比,发现SD7003翼型的4种尾涡脱落模式,结合对SD7003翼型升力系数的频谱分析,详细统计了旋转杆不同位置和转速比下的翼型尾涡模式,揭示了旋转杆能推迟甚至抑制边界层流动分离以及翼型尾涡模式随旋转杆的变化规律;根据对SD7003翼型气动特性的量化分析,发现平均升力系数最大可提高114％,平均阻力系数最大增加88％.增加转速比后,平均升力系数最大提升44％,升阻比提升幅值为56％.旋转杆对SD7003翼型有较好的控制效果,为低雷诺数下翼型的边界层控制提供方法和思路.     

圆柱湍流远尾迹中旋涡三维变形的数值分析

本文采用交错排列和反对称排列共同组合的离散涡模型模拟圆柱湍流远尾迹区的平均流场,应用局部化自诱导近似处理旋涡的自诱导运动,通过数值方法研究尾迹区中无穷长直线涡受到初始小扰动后的三维演化,所得结果有助于说明湍流尾迹中的相干涡结构.     

地铁列车气动效应分析

本文基于三维、非定常、可压N—S方程和k-ε双方程湍流模型,对地铁列车以不同速度通过不同截面形状、不同长度隧道引起的气动效应进行了研究。结果表明：地铁列车相同速度通过三种不同截面形状隧道时,圆形截面隧道压力变化幅值最小,马蹄形截面隧道次之,矩形截面隧道最大;列车车体表面压力变化幅值近似与列车运行速度的平方成正比;在此次选择的地铁列车和隧道计算中,最不利隧道长度在2km左右,其最不利隧道长度会因列车运行速度、列车头部外形、隧道截面形状和面积大小等目素不同而有所变化。其结果可为车体气密性和通风设备进排风口位置的设计提供指导意义。     

对蝶形飞行器发展方向的探讨

本文通过对蝶形飞行器的发展进行了梳理,结合现代飞行理论的成果进行分析。提出了对地面效应的探讨和设想,并提出了地面效应对蝶形飞行器的意义;就扇翼机对升力理论的成功运用,结合运动常数对蝶形飞行器的未来做出了展望。     

Modulation of rotation-induced lift force for cell filtration in a low aspect ratio microchannel

Cell filtration is a critical step in sample preparation in many bioapplications. Herein, we report on a simple, filter-free, microfluidic platform based on hydrodynamic inertial migration. Our approach builds on the concept of two-stage inertial migration which permits precise prediction of microparticle position within the microchannel. Our design manipulates equilibrium positions of larger microparticles by modulating rotation-induced lift force in a low aspect ratio microchannel. Here, we demonstrate filtration of microparticles with extreme efficiency (>99%). Using multiple prostate cell lines (LNCaP and human prostate epithelial tumor cells), we show filtration from spiked blood, with 3-fold concentration and >83% viability. Results of a proliferation assay show normal cell division and suggest no negative effects on intrinsic properties. Considering the planar low-aspect-ratio structure and predictable focusing, we envision promising applications and easy integration with existing lab-on-a-chip systems.     

Re及Ma对边界层的影响分析

本文分析了跨音速流中Ma及Re对边界层的影响,结论为Ma的增加使得激波强度增加,流向逆压梯度增加,边界层厚度增加较快,容易分离;Re的增加有两个效应：一是使得转捩提前,二是使得边界层变薄。R e增加使得激波后机翼表面压力降低,升力损失减小。跨音速范围内,Re对边界层与外流的干扰十分显著。     

无轨道电梯技术浅析

本文通过对电梯现行结构的研究,在满足安全运行的前提下提出了用导向索替代目前的电梯导轨的新方法,该方法在别墅电梯、特殊电梯、杂物梯和施工升降机的设计中有广泛的推广价值,从而拓宽了旧楼增装设电梯的途径。     

液固两相槽道流中柱状粒子取向的数值研究

对柱状粒子在槽道流场内的运动进行数值模拟，然后用统计方法得出大量柱状粒子的取向分布；给出了粒子长径比、粒子密度和流场区域对粒子取向分布的影响．计算结果表明，柱状粒子长径比的变化对粒子取向分布的影响不明显，粒子密度对粒子取向分布有一定影响，而流场区域所造成的流场横向速度梯度对粒子取向分布有重要影响．随着流场横向速度梯度增大，粒子取向趋势愈加明显，且当流场横向速度梯度增大到一定程度时，粒子取向都趋向于流动方向．文中部分结果与相关实验进行了比较，两者定性吻合较好。     

A particle inerter system for structural seismic response mitigation

This study introduces a novel particle inerter system (PIS) designed for vibration mitigation of structures. The new system comprises an inerter subsystem, a spring, and a tuned particle element, where the spring is used for tuning the particle element and the inerter subsystem is set for energy absorption and dissipation. The structural performance and the vibration mitigation effect of the PIS are assessed in terms of displacement and acceleration responses. An optimal design method is developed for a PIS under a performance-oriented design framework. Following the criterion of lightweight control, the added mass of the PIS is minimized under the constraints of target displacement and acceleration responses. A parametric analysis is performed and the robustness of the PIS for seismic response mitigation is verified. Design cases are carried out for the illustration of the proposed design method. The results show that the structural displacement and acceleration responses can be reduced significantly with the help of a PIS. Compared with the particle tuned mass damper with the same parameters, both the energy absorption and dissipation effects of the PIS are increased and the relative displacement response of the container in the PIS is reduced by the inerter subsystem. Under the same performance target, the required physical mass of the container and particles in the PIS is minimized and is significantly smaller than that of the conventional particle tuned mass damper.     

浅析全寿命周期费用管理对装备研制的指导作用

全寿命周期费用管理是对装备研制全过程进行整体运筹和科学决策的一种管理方法。国内外经验表明,应用其理论可以带来巨大的效益。在装备的整个寿命周期内开展全寿命周期费用管理,不但可以提高军费的使用效率,而且对提高装备的研制费效比也具有十分重要的意义。     

Simple and double Hopf bifurcations in aeroelastic oscillators with tuned mass dampers

The effects of an added mass on the oscillations of a SDOF bluff body, elastically supported, exposed to a steady flow and undergoing galloping oscillations, are investigated. The stability boundaries of the trivial equilibrium position of the 2DOF system are determined in a four parameters space. The occurrence of different types of bifurcation on these boundaries is highlighted, namely, simple Hopf, non-resonant double Hopf and 1 : 1 resonant double Hopf. The perturbation multiple scale method is employed to analyze the system postcritical behavior around the codimension-1 and codimension-2 critical manifolds. The analytical results are compared with numerical solutions obtained through direct integration of the equations of motion. Finally, the effects of the closeness of the critical frequencies on the non-resonant double Hopf manifold, are discussed by using a quasi-resonant asymptotic solutions.     

基于dijkstra算法的农网路径优化

在线路设计中路径的选择极甚为关键的环节,它会严重影响工程的总造价和运行的稳定性。根据送电线路路径选择上的一些特点,建立在全局基础上最优的路径搜索模型,并且把地质情况、水文状况和林带等影响线路的路径选择的因素统统包括在内,最后运用dijkstra算法在模型上进行最优路径搜索。仿真结果说明,dijkstra算法可以正确地计算出全局最优路径。     

Unbonded beams on a two-parameter foundation

Unbonded beams supported by a foundation are studied. The foundation is assumed that tensile stresses cannot be transmitted across the interface between beams and their supporting subgrade. The subgrade is characterized by a two-parameter model proposed by Vlasov and Leont'ev, Pasternak and Filonenko-Borodich. Thus the shear strength of the foundation material is taken into account. With a suitable choice of parameters, analytical solutions are obtained and compared to experimental results reported by Durelli et al. The effects of the “lift up” of the beam and a discussion of the foundation parameters are also presented.