对大上反效应飞机急滚耦合特性的计算和分析

通过五自由度模拟计算,发现从小迎角进入滚转时,容易出现急滚耦合不稳定,发散的滚转机动总是伴随着有利侧滑、正值的迎角和低头的俯仰速率。从计算结果分析说明,滚转中的有利侧滑是造成急滚耦合不稳定的重要因素。对五自由度非线性方程的线性化分析,证明了侧滑角、俯仰速率和迎角影响大上反效应飞机的急滚耦合稳定性,改变了临界滚转率和稳定判据。本文最后讨论了关于改善急滚耦合问题的增稳系统结构和作用。     

对飞行品质规范中关于急滚惯性耦合条款的研讨

急滚惯性耦合运动,是飞机作快速横滚机动时,由于本身质量的惯性力矩使迎角和侧滑角大幅度变化的理象。它是最重要的大扰动运动问題之一。在各主要航空国的军用飞机品质规范中,常对飞机急滚惯性耦合运动的操稳特性提出专门要求。我国规范在此方面的要求,大致与美国规范的要求相符。本文通过对一架典型歼击机的数值解(精确解),分析急滚耦合运动的物理特征。分析和说明品质规范中规定有关条款的理由以及各主要参数对此运动的影响。对我国规范(试用本)背景材料和使用说明中个别规定的合理性作一点探讨。希望在对本课題有关的各方面同志的共同努力下,能寻求面在大扰动情况下军用飞机操稳特性的更合理的计算方法,从而使有关的飞行品质条款更趋完善。在研究数值解的同时,还将所得结果与解析解(线化解)作了比较。分析了急滚耦合运动的非线性特征,以及数值解和精确解之间的联系。     

面对称高超声速飞行器三通道耦合稳定性控制策略设计判据

针对面对称高超声速飞行器强耦合、弱阻尼的特点，研究了其耦合姿态的有效控制问题。首先，利用稳定轴系的概念推导出了姿态角加速度表达的面对称高超声速飞行器三通道失稳敏感性判别式。然后，给出了三通道耦合稳定性控制策略设计判据。最后，设计了某型面对称高超声速飞行器三通道耦合的姿态控制律，并进行了仿真。仿真结果表明，当控制律满足三通道耦合稳定性控制策略设计判据时，飞行器的姿态稳定；反之，则会出现各类耦合失稳问题。所提控制策略设计判据操作简单、实用性强。     

飞机滚转时惯性耦合运动的分岔分析

飞机非线性运动稳定性是非线性飞行动力学的重要组成部分,分岔分析则是非线性动力学系统运动稳定性分析的主要内容。应用中心流形的降维技巧和分岔分析方法,给出了一种快速有效的稳定性研究方法,并对飞机滚转时的惯性耦合运动进行了分岔分析和稳定性分析。本方法简便易行,可以大大减少计算工作量 ,其计算结果也是令人满意的。     

机动行为下飞机油箱晃动流固耦合动力学分析

飞机执行机动飞行时整体处于大过载状态，此时的油箱晃动流固耦合问题较为复杂。针对这一问题，以某型飞机整体油箱为研究对象，建立ABAQUS与Star-CCM+联合仿真流固耦合方法，对飞机半滚倒转机动行为下的油箱晃动流固耦合效应进行分析，得到了半滚倒转过程中燃油的形态变化，流体域压力以及油箱部件的应力时程曲线等结果，并探究了油箱充液率变化对流固耦合效应的影响。结果表明：机动过载对油箱部件应力应变的影响大于燃油晃动冲击，除上蒙皮外部件应力均随着充液率增加而增加。     

飞机急滚机动全局动稳定性研究

本文应用分支和突变理论,研究飞机在状态参数和操纵参数组成的空间内急滚机动全局稳定性。在研究铅垂平面内的对称飞行进入急滚机动时的分支和突变特性基础上,进~步讨论了水平面内转弯进入急滚机动时的情况,导出求解滚转速率临界稳定值的~般解析式,证明Phillips临界滚转速率判据只是其中的~种特殊情况。     

飞机大迎角飞行稳定判据分析

本文简单地推导并分析了各种有关飞行稳定的简化判据:大迎角横向稳定性参数 m~β_(ydyn),预测大迎角偏离运动的 pelikan 判据,针对急滚运动的 phillips 准则以及横向操纵偏离参数LCDP 等。然后从五自由度飞机运动方程组的导算子矩阵出发,利用 Hurwitz 判据,推导出一个新的综合稳定性判据 PN<0,PN=(Km_z~αcosα—LCDP)(LCDP—m~β_(ydyn))该判据综合了各已有筒化判据,并沟通了这些判据的相互关系。通过某架飞机的具体计算,表明该判据判断大迎角飞行稳定性比各已有判据都更准确,而且跟目前比较有效的大迎角分析的 BACTM 方法的结果取得了广泛的一致.     

斜置翼布局飞机的飞行动力学模型研究

从机理上分析了斜置翼布局飞机的气动耦合及惯性耦合特性;对其六自由度动力学模型进行了建模及纵横耦合线性化;以F-8 OWRA(Oblique Wing Research Aircraft)为算例,对其机翼斜置角为45°时的操纵响应特性进行了仿真计算及分析,仿真结果体现了斜置翼布局飞机纵横耦合的运动特性,说明所建立的动力学模型是可靠的。     

飞机急滚运动的解耦控制

研究了飞机急滚运动的控制问题,采用５自由度横纵向耦合模型,应用非线性解耦理论,设计了关于滚转、俯仰和侧滑角的解耦控制体。讨论了闭环系统的稳定性,给出了当系统某些固定动态不稳定时,使系统实现稳定解耦的一个方法。最后进行了仿真研究。     

飞机在纵向自动器接通时的定常急滚稳定边界

当使用各个通道的自动驾驶仪时,飞机的急滚稳定性通常均有改善。本文研究了纵向自动驾驶仪——阻尼器——接通时的定常急滚稳定性,证明在此情况下稳定边界仍存在解析解。文中通过算例说明了自动器对稳定边界的有利影响,并对这一影响的物理原因作了分析。文中还计算并分析了包括自动驾驶仪参数在内的多种因素对稳定边界的影响。     

高超声速飞行器流-热-固耦合研究现状与软件开发

新一代高超声速飞行器流-热-固耦合问题研究对准确评估与设计飞行器热防护系统结构尤为重要。回顾了高超声速飞行器流-热-固耦合问题的发展历程与现状。从物理含义出发,对高超声速流-热-固耦合问题各学科间的耦合关系以及各自的建模方法进行了归纳。对高超声速飞行器流-热-固耦合问题的研究进展,特别是流-热-固多场耦合分析策略/方法进行了总结。从平台框架、功能模块、耦合方法和技术特点等方面,对中国空气动力研究与发展中心自主研发的热环境/热响应耦合计算分析平台(FL-CAPTER)进行了阐述。最后,对高超声速飞行器流-热-固耦合发展所面临的问题和发展趋势进行了讨论。     

Electric Fields and Plasma Processes in the Auroral Downward Current Region, Below, Within, and Above the Acceleration Region

The downward field-aligned current region plays an active role in magnetosphere-ionosphere coupling processes associated with aurora. A quasi-static electric field structure with a downward parallel electric field forms at altitudes between 800 km and 5000 km, accelerating ionospheric electrons upward, away from the auroral ionosphere. A wealth of related phenomena, including energetic ion conics, electron solitary waves, low-frequency wave activity, and plasma density cavities occur in this region, which also acts as a source region for VLF saucers. Results are presented from sounding rockets and satellites, such as Freja, FAST, Viking, and Cluster, to illustrate the characteristics of the electric fields and related parameters, at altitudes below, within, and above the acceleration region. Special emphasis will be on the high-altitude characteristics and dynamics of quasi-static electric field structures observed by Cluster. These structures, which extend up to altitudes of at least 4–5 Earth radii, appear commonly as monopolar or bipolar electric fields. The former are found to occur at sharp boundaries, such as the polar cap boundary whereas the bipolar fields occur at soft plasma boundaries within the plasma sheet. The temporal evolution of quasi-static electric field structures, as captured by the pearls-on-a-string configuration of the Cluster spacecraft indicates that the formation of the electric field structures and of ionospheric plasma density cavities are closely coupled processes. A related feature of the downward current often seen is a broadening of the current sheet with time, possibly related to the depletion process. Preliminary studies of the coupling of electric fields in the downward current region, show that small-scale structures appear to be decoupled from the ionosphere, similar to what has been found for the upward current region. However, exceptions are also found where small-scale electric fields couple perfectly between the ionosphere and Cluster altitudes. Recent FAST results indicate that the degree of coupling differs between sheet-like and curved structures, and that it is typically partial. The mapping depends on the current-voltage relationship in the downward current region, which is highly non-linear and still unclear, as to its specific form.     

燃烧室中平均流速对速度耦合与压力耦合的影响

对热力发动机中存在的线性振荡燃烧的研究，通常假设速度耦合与压力耦合的作用独立无关且作用结果可以线性相加。本文通过对压耦合与速度耦合现象的分析，说明了使这一假设不合理的平均流速界限，并给予了实验证明。     

GPS／INS组合导航系统松、紧耦合性能比较

对GPS/INS组合导航系统的紧耦合算法进行了理论推导。详细分析了当INS元器件性能变差时,GPS/INS组合导航系统在不同耦合模式下的定位精度变化规律,得出采用紧耦合模式的组合导航系统比一般的松耦合方式能获得更好的定位精度;并通过仿真验证了该结论的正确。     

应用流固耦合数值方法研究机翼的射流减振技术

采用流固耦合的数值计算方法研究了NACA 0 0 15翼型在大迎角 ( 15°～ 6 0°)范围的颤振 ,以及在翼型背部部分引入射流的减振技术。在流体区域用高精度、高分辨率算法求解Farve平均的Navier Stokes方程 ,在固体区域用四阶Runge Kutta法求解振动方程 ,并且每一个时间步后都在两个区域之间传递边界条件。计算结果表明在翼型背部引入适当射流会降低翼型的振动 ,并提高升力。但如果引入射流的速度过高 ,会在叶背处形成新的分离流 ,升力反而会下降     

某型直升机旋翼载荷模拟系统力耦合性分析

直升机主桨载荷模拟系统是一个多输入多输出液压伺服加载系统,该系统助力器和加载缸之间存在复杂的非线性耦合关系。通过建立系统的数学模型分析了该系统存在的力耦合关系,发现其造成的影响在系统允许的误差范围之内,因此可忽略这部分耦合因素。从而为简化系统控制策略提供依据。     

吸气式激光推力器速度与高度耦合特性的数值研究

使用基于有限体积法和分区结构化网格划分的高分辨率数值方法,计算得到了两种吸气模式激光推力器模型在加速度为10 m/s2的发射过程中,其冲量耦合系数随海拔高度的变化规律。不考虑来流速度和空气补充时,高度特性计算结果与实验吻合得很好。结果表明:推力器与空气具有相对速度时,冲量耦合系数整体明显减小,导致激光推进单级入轨发射由吸气模式向火箭模式的切换点由目前预测的20~30 km明显下移至10~20 km;经过进气道增压处理后,冲量耦合系数大幅度提高,为了增大吸气模式的工作高度范围,进气道设计是必不可少的关键技术之一。     

弹性飞行器动态耦合和控制综合研究

研究弹性飞行器的动态耦合问题，首先导出了非定常气动力作用下的弹性飞行器的纵向运动方程。就简化的非定常气动力数学模型提出了分析气动弹性飞行器稳定性的影响方法，而后对弹性飞行器的动态耦合特性提出了定性的分析方法。并从有效抑制飞行器的弹性振动角度，研究了主动反馈控制、操纵面及陀螺位置的合适选择的协同设计问题。     

旋转Timoshenko梁的动力学分析

针对旋转Timoshenko梁结构,在梁的纵向、横向变形中均考虑横向弯曲以及轴向伸缩的耦合作用,同时在横向弯曲中考虑剪切变形的影响,在柔性梁的2个变形方向上均考虑了变形的二次耦合项,并充分考虑轴向离心力、横向惯性力的作用,利用有限元方法进行离散并利用Hamilton原理建立非线性变形模式下的一种新的Timoshenko梁动力学方程。对一平面旋转梁进行仿真计算,通过分析不同情况下的频率与端点变形位移,说明耦合作用的"软化"效果,以及轴向离心力、横向惯性力对模型的影响。     

直接力控制飞机非常规响应耦合敏感性分析

 针对当前直接力控制系统设计实践中遇到的直接力控制（ＤＦＣ）飞机非常规响应耦合敏感性问题，借助闭环系统动力学和瞄准误差动力学理论进行推导与分析，进而通过实例计算，得出可供ＤＦＣ系统设计及飞机飞行品质评定参考的重要结论。