模型自由飞试验的可靠性问题初探

在飞行器气动力/气动热的各种研究方法中，由于模型自由飞试验的涉及面最广、技术最复杂、影响因素最多、风险最大--模型直接在自由大气中飞行，因而其可靠性问题更显尖锐。本文提出了模型自由飞试验的可靠性定义；强调指出研究模型自由飞试验的可靠性问题之根本目的在于提高其经济性、试验效率和安全性；较炙详细地剖析了影响模型自由飞试验可靠性的17个主要因素--在制定模型自由飞试验研究的总体方案/各分系统方法，以及在整个模型自由飞试验研究工作的进程中，它们都是不容忽视的重要技术环节。     

失速／尾旋模型自由飞试验的空间设计问题

本文论述了在制定飞机的失速/尾旋模型自由飞试验总体方案时必须充分考虑的空间利用问题之重要性;分析了制约试验空间的诸因素;提出了设计飞行剖面的工程估算方法——其中一些半经验方法之使用效果已为我们的自由飞试验所证实;以我们已成功地进行过的带动力遥控试验机、摇控热气飞艇带飞/投放、飞机带飞/投放的失速/尾旋模型自由飞试验为例,剖析了组成整个飞行剖面的各个飞行阶段之特点和影响因素,并以此为据提出了充分利用自由飞试验空间的一些见解。     

高速风洞模型自由飞试验技术

风洞模型自由飞试验是介于普通风洞试验和飞行试验之间的一种特种风洞试验技术。本文对高速风洞模型自由飞试验技术的发展现状做了介绍,对风洞模型自由飞试验技术的共性特点,及其不同的子技术——普通模型自由飞试验、多体分离风洞自由飞试验及高速风洞投放模型试验——三种子技术之间的差异及各自所适用的应用领域进行了总结。其共性特点是:没有支撑干扰,能够实现模型在风洞中的自由飞行;能够实现对分离瞬间瞬态气动力的模拟;试验的重复性较普通风洞试验要差。三种子技术在共性特点基础上又具有不同的特点:其中普通风洞模型自由飞试验主要应用于飞行器动稳定性问题研究,多体分离风洞自由飞试验和高速风洞投放模型试验则是应用于飞行器各类多体分离问题,而由于试验技术的差异,使得多体分离风洞自由飞试验和高速风洞投放模型试验技术在具体的多体分离问题的应用范围上又有所不同。     

电传飞机模型自由飞试验飞行控制技术研究

以静不稳定飞机模型为研究对象,开展了电传飞机模型自由飞试验控制律设计及验证方法研究.主要介绍了模型自由飞试验的特点和飞行控制律设计原则,设计和验证了电传飞机模型试验控制律,并通过模型自由飞试验验证了控制律的适用性.     

低速风洞带动力模型自由飞试验

为在风洞中模拟飞行器六自由度飞行的物理过程,获取飞行器流动/运动/控制耦合特性,对低速风洞带动力模型自由飞试验技术进行了研究。基于相似准则,在大型低速风洞建立了试验系统,利用纵向静不稳定的动力学相似缩比模型飞机,经过飞行控制律闭环控制增稳后,开展稳态飞行、施加标准激励验证飞行、控制律参数调整验证飞行、大迎角飞行等自由飞试验,并将试验结果与原型机飞行仿真结果进行了对比研究。结果表明,基于相似准则建立的低速风洞带动力模型自由飞试验系统,能够有效模拟飞机闭环控制飞行过程,试验结果准确反映原型机的稳定与控制特性。低速风洞带动力模型自由飞试验验证了原型机的飞行控制律,预测了其大迎角失速/偏离特性,形成了飞行器气动/飞行力学/控制一体化风洞试验研究能力。     

自由飞模型伞降系统关键技术研究

模型自由飞投放试验主要用于获得飞机失速/偏离、初始尾旋到发展尾旋动态特性,以及改出方法。回收段是模型自由飞投放试验最易出故障,且后果最严重的阶段。文中分析了伞降系统组成及工作过程,对伞结构形式、伞面积、伞舱位置、开伞速度和过载等关键参数确定方法,进行了研究,此外,结合模型自由飞投放试验特点设计了多余度的开伞控制系统。试飞结果表明,该系统集成度高、可靠性高,能够大大提高开伞成功率,适合在后续模型自由飞投放试验中推广使用。     

模型自由飞伞降控制系统设计与实现

分析了无动力模型自由飞投放试验伞降回收的特点,提出了伞降控制系统设计要求及关键点。针对挂飞阶段开伞机构易误触发、在模型失速/尾旋试飞过程中存在失控/改出后离地高度过低风险等问题,设计了双余度伞降控制系统和专用开伞控制程序。论述了系统设计方案与控制原理,以及在模型自由飞试验中的应用情况。试验结果表明,该伞降控制系统满足了模型自由飞投放试验伞降回收要求,提高了开伞可靠性和成功率。     

俄罗斯飞机模型动态试验与失速/过失速模态研究回顾

前苏联/俄罗斯拥有众多知名的飞机设计局,在过去的一个世纪里,形成了完备的飞机科研体系。飞机失速/过失速(尾旋)是飞机研制的重要方面之一,前苏联/俄罗斯各飞机设计局以及其它航空科研机构在该问题上投入了巨大的人力和物力,在风洞静态试验研究之外,还利用动态试验技术深入研究了不同布局飞机的失速/过失速特性,这些试验包括风洞虚拟飞行试验、尾旋风洞自由飞尾旋试验、尾旋风洞旋转天平试验、投放式模型自由飞试验、火箭助推式模型自由飞试验等。这些动态试验对俄罗斯飞机的边界/超边界飞行研究发挥了重要作用。对前苏联/俄罗斯各飞机设计局的飞机在研制过程中,针对失速/过失速模态的动态试验进行回顾,对国内飞机研制提供帮助。     

用火箭发射的飞机模型自由飞纵向导数试验研究

本文简要地介绍了用火箭发射的飞机模型自由飞纵向导数试验研究的试验目的、试验设备、试验方法和试验结果.     

螺旋桨动力自由飞模型飞行仿真与试验技术

分析了螺旋桨对自由飞模型的模态特性影响,依据分析结果及试验要求,设计了自由飞模型控制律,建立了考虑螺旋桨拉力及滑流影响的自由飞试验仿真模型,并进行了仿真分析,最后,将设计结果应用于自由飞模型试验当中。飞行试验结果表明:螺旋桨有效地改善了模型的速度稳定性;控制律设计方法有效地辅助了完成了平飞以及转弯失速科目,适用于自由飞模型飞行试验;建立的动力学模型可对螺旋桨动力自由飞模型飞行试验过程进行仿真,并初步判断失速特性;模型的平飞失速失速迎角在10～12°,转弯失速迎角在8～10°。     

几种动态模型自由飞试验技术

目前在国外应用最广泛的动态模型自由飞试验技术包括三种方法，即：水平风洞模型自由飞，垂直风洞模型自由飞和露天投放模型自由飞，分析了每种方法的关键技术问题，比较三种方法的优缺点，说明在型号设计中应用范围。最后提出几点看法，并建议尽快建立必要的试验设施，研究试验方法，加速我国大迎角／尾旋动态模型试验技术的发展，为型号设计和航空科研服务。     

水平风洞模型自由飞试验技术研究现状及展望

介绍国外水平风洞模型自由飞试验技术研究现状,阐述水平风洞模型自由飞试验平台的组成、作用与意义,重点展望该试验技术的应用前景。对试验平台中动力相似模型设计加工技术、动力模拟技术、舵机运动控制技术、模型姿态实时精确测量技术、飞行控制系统设计与集成技术等关键技术问题进行分析,对发展该试验技术具有指导作用。完善水平风洞模型自由飞试验技术,把传统风洞试验拓展到流动-飞行-控制一体化试验,有利于全面研究和充分挖掘飞行器的气动性能与控制性能,对新一代飞机器的发展、新概念新技术的工程应用将起到重要的推动作用。     

模型自由飞试验中的螺旋桨动力模拟方法研究

开展螺旋桨飞机模型自由飞失速试验需要准确地模拟螺旋桨动力状态。通过对模型自由飞失速试验 动力相似准则和螺旋桨动力模拟相似准则的分析,推导出螺旋桨飞机模型自由飞失速试验中所需要遵循的相 似准则关系;以此开展某四发螺旋桨飞机模型自由飞试验,通过控制螺旋桨转速、设计桨叶角,满足拉力系数和 前进比相等,模拟全尺寸飞机螺旋桨动力特性,获得的失速特性与飞机风洞实验结果一致。结果表明:该方法 能够准确模拟飞机失速过程的螺旋桨动力状态,可为飞机失速试飞提供重要的数据支撑,并为国内后续螺旋桨 类飞机模型自由飞试验失速试飞研究提供理论和试验方法。     

大型飞机研制与模型自由飞试验技术

大型飞机研制过程中需要进行静态测力风洞试验，获得飞机小攻角条件下的气动特性，但对于飞机失速偏离尾旋研究，静态测力试验是不够的，无法获得飞机在失速过程中的动态特性与过渡过程。模型自由飞试验是一种动态试验，是通过飞机缩比模型来研究飞机的失速偏离尾旋问题，包括风洞模型自由飞试验和大气模型自由飞试验。     

一种模型自由飞自主拉杆失速试飞方法设计

大气环境投放模型自由飞试验,是进行飞机失速试飞研究的一种重要手段。在失速试飞中,要求飞机进入失速的过程尽量缓慢,根据模型与飞机之间的相似准则,自由飞试验的减速率要求与真实飞机一致,而模型的响应速率却成比例增加。传统的模型自由飞试验中,依靠操纵手的目视判断和操控很难实现失速进入和改出的精确控制。为改善模型自由飞试验失速过程,降低失速过程减速率,文中提出了一种基于飞行控制系统自主拉杆的失速试飞方法,分析了该方法的关键因素,设计了自主进入失速和自主改出的控制策略,并通过飞行试验验证了该方法的可行性。     

高超声速边界层转捩对旋转钝锥自由飞运动的影响

通过在钝锥模型表面上布置人工绊线促使边界层强迫转捩,采用运动自由度不受约束的风洞模型自由飞试验技术研究边界层转捩对高超声速旋转钝锥自由飞行运动特性和气动特性的影响规律,并与自然转捩的旋转钝锥风洞模型自由飞试验结果作对比分析,试验马赫数为5.0,以模型长为特征尺寸的自由流雷诺数为1.68×106。研究结果表明:有人工绊线的旋转钝锥在自由飞行过程中有"激励稳定"的绕流流场,产生动态稳定的自由飞运动(动稳定导数系数小于0),而无转捩绊线的旋转钝锥在自由飞行中则有"激励不稳定"的绕流流场,产生动态不稳定的自由飞运动(动稳定导数系数大于0)。     

获取自由飞模型气动导数的综合飞行试验研究

过去已进行过多个机种的自由飞模型大迎角特性试验，但均为单一项目的试验，现介绍了将获取放宽静稳定度特性和气动导数两个项目综合于一个自由飞模型飞行试验项目中的情况，用脉冲升降舵激发起模型的纵向短周期运动，用参数辩识方法获取气动导数，试验结果表明这种方法是可行的，为从事本专业及相关专业的科研人员提供了参考。     

大尺寸缩比自由飞模型惯性矩测量与调整方法

给出了双线摆法测大尺寸缩比自由飞试验模型惯性矩的方法和流程,并根据飞机类模型的惯性矩特点,提出了大尺寸缩比自由飞试验模型惯性矩调整所需的配重计算方法.双线摆法测量原理简单,不需要复杂的测量设备,具有较好的工程实用性.应用实例证明,模型飞机调整后的惯性矩与目标状态符合较好,测量精度满足工程应用要求.     

飞机的外挂物对失速尾旋特性的影响

本文通过对几种型号飞机模型进行失速/尾旋自由飞试验,得出了几点有益的结论,可供飞机设计时参考。     

四发螺旋桨动力自由飞模型动力学特性分析

采用自由飞模型研究螺旋桨动力飞机失速特性时,为了模拟螺旋桨动力,必须采用带动力模型,而螺旋桨动态特性会影响自由飞模型的动力学特性。为了提高自由飞模型试验效率,研究了自由飞模型飞行品质以及螺旋桨动态特性对飞行品质的影响,采用静态气动数据,初步预测了模型的大迎角偏离特性。研究结果表明,自由飞模型螺旋模态不稳定,试验中必须设计相应的增稳控制律,螺旋桨拉力动态显著增加了自由飞模型的速度稳定性;迎角大于10°之后,横航向力矩系数非线性明显,12～14°可能出现操纵偏离。