桨尖喷气驱动系统的实验与数值模拟研究

桨尖喷气驱动是一种很有应用前景的动力驱动类型,针对桨尖喷气驱动系统进行设计研究。通过建立压气机式桨尖喷气驱动系统的实验平台,改变入口条件,测量得到喷气管道内部的流动参数以及桨尖喷口的静推力,进而计算此驱动系统的输出功率,对整个驱动系统的性能进行试验分析,然后采用CFD数值模拟方法对试验的各个流动状态进行仿真计算。结果表明:CFD数值计算结果与试验值吻合的很好,随着入口总压的提高,推力及功率变大,同时说明了CFD数值方法的可靠性,也为CFD数值模拟技术在喷气驱动系统的效率以及动力来源的选择与适配研究提供了参考。     

基于伴随理论的大型客机气动优化设计研究进展

大型民用客机的气动设计具有巡航马赫数高、部件间流动干扰复杂、外形精细化修形难度大等特点，完全依靠人工试凑法进行气动设计工作量巨大。基于高可信度数值模拟的优化设计技术可以对该类问题进行自动寻优设计，给设计师提供有力参考，因此在大型民用客机气动设计中发挥着越来越显著的作用。首先，以大型民用客机为背景，总结了民机气动设计中的关键科学问题，指出了梯度优化设计方法在民用客机不同优化设计问题中的适用性，并进一步对梯度求解中的伴随方法理论进行了详细介绍。然后，分析了基于伴随理论的气动优化设计方法以及气动结构多学科优化设计方法在民用客机设计中的研究进展，其中气动优化设计方面着重突出了复杂全机多部件气动外形优化设计方法以及飞机/发动机一体化优化设计方法。最后，对基于伴随理论的气动优化设计方法在大型民机中的应用进展进行了提炼，对未来发展趋势进行了展望与建议。     

一种跨声速风洞透气壁模型的数值模拟研究

宽体客机巡航状态、阻力发散马赫数状态以及俯冲状态的绕流均属于跨声速流动,风洞试验过程中由于试验段壁板的存在,模型与洞壁均可能产生较强的激波,并诱发复杂的相互干扰,进而呈现出强烈的非线性耦合现象。针对宽体客机标模在 FL灢26 风洞中试验的洞壁干扰情况,提出一种基于透气壁模型的数值模拟方法;基于该方法研究 0.8≤Ma ≤0.92 范围内的模型洞壁干扰耦合效应。结果表明:与基于壁压信息法的数值模拟方法相比,采用透气壁模型方法不需要测试数据,能够较好地模拟孔壁流动对宽体客机升力系数曲线的影响,同时也给阻力带来较大的修正量。     

激光器冷却水套CFD分析

利用商用CFD软件对一种典型的冷却水套结构进行了内部流场的三维数值模拟,并根据模拟分析结果,对该水套结构进行了改进。实践表明,数值模拟的方法能真实地反映水套内部的复杂流动,为激光器冷却水套结构设计及改进提供了理论依据。     

CFD技术在航空发动机空气系统设计中的应用

结合航空发动机空气系统的功能和设计特点,介绍了空气系统的设计分析技术现状;以2种发动机典型结构为例,采用商用CFD软件完成了流动与换热特性分析。CFD技术是现有分析技术的有益补充,是空气系统设计分析技术精细设计的重要工具,其数值模拟结果对工程设计具有指导意义。     

压气机引气模拟方法及引气结构的数值研究

为研究引气对于压气机设计的影响,以某高压压气机引气级为研究对象,通过对比源项引气模型与构建真实引气结构两种数值仿真方法的差异,并用构建真实引气结构的数值仿真方法分析了不同引气结构对压气机性能和流场的影响。仿真分析结果表明：两种数值仿真方法计算得到的压气机引气级的性能和局部流场均存在较大的差异,在压气机气动设计分析中应该采用构建真实引气结构的数值仿真方法。引气结构和主流道的夹角对主流区域叶尖位置的流场和压气机引气级的性能有较大影响,并且对引气管路内的流动分离程度也有较大影响,当此夹角为45°时,主流区及引气管路内的流动损失均最小。     

PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用

飞行控制系统（FCS）与计算流体力学（CFD）的耦合求解是一个崭新的研究领域。传统的飞行控制系统的工程仿真方法依靠气动力模型或气动力数据库得到不同飞行姿态的气动力;而当前方法通过耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程（RBD）以获取飞行器运动过程实时流场和非定常气动力。由于充分反映了气动力的非定常、非线性效应,因而从根本上保证了飞行控制系统仿真的精度。以方形截面导弹俯仰姿态控制为例,首先给出了系统的传递函数,并基于系统在单位阶跃舵偏操纵下的开环响应特性,提出了传递函数的修正方法,进而设计了该外形俯仰姿态控制的PID控制器。数值模拟了不同控制参数时,P控制器、PD控制器和PID控制器的控制效果。针对不同的控制指令,根据建立的控制律,数值模拟了飞行器在PID控制器作用下的实时响应过程,最终成功实现了对飞行器的俯仰姿态控制。研究发现,当飞行器作慢速机动时,工程仿真与CFD数值计算的结果吻合很好,两种方法可以互相验证;但快速机动时,两种方法给出的结果差异明显,基于CFD的耦合模拟方法由于模拟了飞行器运动和舵面偏转导致的非定常流动过程,其结果比基于静态气动力的工程方法的可靠性更高。在大攻角和快速机动等非定常效应较强时,采用CFD方法评估和验证飞行控制系统是很有必要的。     

环形分配器式扩压器性能数值模拟

为降低航空发动机燃烧室扩压器的总压损失,提高其静压恢复系数和流动稳定性,设计了一种分配器式扩压器.采用计算流体动力学(CFD)方法.对矩形分配器式扩压器和环形分配器式扩压器进行了数值模拟,并将前者与试验结果进行对比,两者相互吻合,然后将此计算处理方法应用到环形分配器式扩压器中.研究结果表明:CFD软件能够准确地模拟矩形分配器式扩压器的内部流动,且准确度较高,数值模拟结果与试验结果偏差不大于±5％;环形分配器式扩压器具有优良的减速增压功能.在燃烧室进口Ma数高达0.36时,设计的环形分配器式扩压器的总压损失仅为2.89％,静压恢复系数为0.647;Ma数为0.42时,总压损失和静压恢复系数分别为4.12％和0.653,小于短突扩扩压器的总压损失.并且扩压器内均无流动分离.因此分配器式扩压器具有较大潜力,能够满足未来先进燃烧室的性能要求.     

Gurney襟翼对某型客机流动控制数值模拟

为改善某型客机的起降性能,通过在机翼尾缘加装Gurney襟翼,对流场进行了数值模拟。对该客机机翼的控制翼型安装不同高度的Gurney襟翼进行数值模拟,结果表明安装Gurney襟翼可以提高多段翼型的升力系数和阻力系数,但会增强尾迹流动的不稳定性。将不同高度的Gurney襟翼应用于该客机的简化模型,机翼的大部分区域符合二维翼型研究得出的流动控制规律;在机翼外侧区域,Gurney襟翼使机翼附近流场中的翼尖涡发生了一定的变化。数值模拟的结果还表明,Gunney襟翼可以提高客机的升力系数,而且不会给飞机流场带来明显的改变。     

民用客机电磁散射特性的研究

利用数值方法对民用客机的电磁散射问题进行了研究,相比各种高频方法,应用矩量法(MOM:Moment Method)可以获得精确的数值结果。本文建立了一种幂级数形式的混合域基函数矩量法的通用公式,该混合基函数基于四边形剖分模型,对三维矢量有效地实现了降维处理,并可用来模拟民用客机的探测的散射特性。     

民用飞机超细干粉灭火系统喷射试验研究

NaHCO3超细干粉灭火剂具有环保高效的优点,有可能替代现有民用飞机上常见的哈龙1301 灭火剂,应用于未来民用飞机固定式灭火系统上。以某型民用飞机发动机灭火系统为基础,搭建了NaHCO3 超细干粉灭火系统试验台,开展了该灭火系统的喷射性能试验研究。试验结果表明灭火系统平均流量较大,性能较好,但仍需要修改管网设计调整灭火剂在风扇舱和核心舱的分配比例。初步的灭火剂浓度分析也表明目前的管网设计可以达到舱内的灭火剂浓度要求。     

新型民用客机水系统选型研究

民用飞机水系统的功能是在飞行中为机上乘客提供饮用水、盥洗用水和马桶冲洗用水。水系统作为飞机上与乘客生活息息相关的系统,舒适性的要求越来越被关注。目前,飞机上使用的水系统方案各式各样,对于不同的飞机需求,各种方案各有各的特点。针对国际新型飞机上已经开始采用的水系统的各种方案进行了权衡研究,重点研究了水系统几种控制方式的优缺点以及机电综合控制技术作为新技术在新型民用飞机上的应用,同时介绍了灰水的几种处理方式、比较常用的几种水龙头以及其优缺点分析。针对某种飞机型号,根据飞机的市场定位和需求,介绍了如何选择一套合适的系统方案,来提高该飞机的经济性和实用性,为我国民用飞机水系统的研制提供一定的参考。     

民用飞机座舱气流组织技术研究现状分析

舒适性是民用飞机的重要要求,座舱气流组织设计是否合理对乘员舒适性和健康性有直接影响。现在最常见和可靠的预测、设计和分析民用飞机座舱舱内气流组织的方法分别是实验测量和数值模拟。分别对这两种方法进行了描述,两种方法各有优劣,用大量CFD模拟配合有限的模拟舱实验被证明是国际上最有效、最可靠、最经济、最快速的研发手段。     

基于三维设计环境下某型教练机管路系统设计技术

通过对国内外飞机管路系统设计技术以及传统管路设计制造方法的分析表明，管路数字化设计技术不仅是飞机协同设计的重要环节，也是实现模拟星向数字量转换的有效途径。本文针对管路系统设计技术应川现状，提出了飞机管路系统数字化设计技术应用方案，阐述了实现飞机管路系统数字化设计的技术方法     

基于抽样评分法的民用飞机电源系统维修性预计

民用飞机维修性的好坏直接影响到市场竞争力,是民用飞机成功运营的关键因素之一。维修性预计是民用飞机研制过程中维修性设计的主要工作之一,能够评价设计是否满足维修性要求。抽样评分法作为维修性预计的方法之一,具有样本量小、预计简便、设计初始阶段即可应用的优点。电源系统为飞机的所有用电设备供电,其维修性的好坏直接影响机载设备能否正常运行,对整机的维修性设计起着关键作用。对抽样评分法展开研究,并根据民用飞机维修性设计现状,量化了维修要求的人为因素评分核对表,对抽样评分方法进行了优化。通过抽样评分法对某机型电源系统的维修性进行了预计,评价是否达到维修性设计要求。最后阐述了抽样评分法在民用飞机维修性设计过程中的重要性。     

标识和追溯性管理在民用飞机项目中的应用

标识是追溯性管理的基础。从标识和追溯性的定义出发,介绍了民机设计和制造过程中标识要求的相关标准;结合民机制造和管理特点,介绍了民机标识内容的基本要求,民机标识方法的选用原则,并详细说明了民机常用的标识方法;针对民机系统目前所采用标识方法存在的问题,阐述了二维码技术在民机标识和追溯性管理中的应用优势。     

提升民用飞机水废水系统运营经济性技术研究

基于现代民机绿色环保设计理念和对经济性的追求,减重是飞机设计中重点考虑因素,关于降低民用飞机水废水系统运营载重、提高运营经济性研究,国内外尚未发布公开文献。本文基于对航线用水统计数据研究,形成航线运营所需水量计算技术;基于我国航线飞行时长分布特点,提出基于航线实际运营时间和载客人数为需求、为系统设定分档加水设计技术。结果表明：与同类机型数据对比,本文的水量计算技术是有效的;分档加水设计技术能够有效地降低系统在航线运营过程中的运营重量,可以提升民用飞机水废水系统的运营经济性。     

低速增升装置失速特性预测研究

民机低速增升装置失速特性是具有挑战性的空气动力学难题之一,决定着飞机起、降阶段机翼处于流动分离或尾迹干扰状态时的操纵稳定性,是气动设计必须关注的重要方面。利用基于N-S方程的自研多块结构网格计算软件和混合网格计算软件,对NASA高升力梯形机翼标准模型开展了失速特性计算研究,系统评估了计算软件、计算网格、湍流模型等主要因素对失速特性的影响,获得了有效预测高升力构型失速特性的计算方案,并将其成功应用于工程实际,为增升装置失速特性计算评估提供了有意义的参考。     

MBSE在民机起落架系统设计中的应用

详细介绍基于Raphsody的大型民机系统功能开发流程与方法,及其在民用飞机起落架系统设计中的应用。通过模型的方式对系统建立用例、功能流、时序关系和可用于执行验证的状态机来描述系统,指导大型民机复杂系统设计过程中的需求分析、功能分析和设计综合工作,探索MBSE方法在民机复杂系统设计中的指导作用。     

航天器推进系统水击及其抑制方法

针对航天器推进系统充填和关机过程水击这一动力学问题,基于已建立的航天器推进系统仿真模型,开展了某型推进系统的仿真研究,并重点分析了节流孔、弯管对推进剂供应管路水击的抑制作用.研究结果表明:①在推进系统充填和关机过程中,其不同位置均出现了明显的水击现象,充填过程水击频率较低,而关机过程水击频率较高,关机过程的水击峰值压力显著高于充填过程;②节流孔可显著削弱充填过程中的压力和流量振荡,关机过程的水击需要由较小的节流孔才能有效抑制;③弯管可明显削弱充填过程中的压力和流量振荡,对流量振荡的抑制效果尤为显著,但弯管对关机过程水击的抑制效果不明显.