变后掠翼飞机动态响应计算及参数分析

本文推导列写了变量为V、α、ω_τ的变后掠翼飞机纵向运动方程,并通过计算机翼按M数规律变后掠加速飞行时飞机的动态响应,分析了变后掠初始飞行状态,飞机推重比和气动力等参数的影响,进而提出了用于动态响应计算的简化运动方程。而且还分析了变后掠规律对动态响应的影响。从动态特性的角度,指出了选择较为有利的变后掠规律的可能途径。     

剪切式变后掠翼气动特性分析

为了探索变后掠翼飞机在不同飞行状态下保持最优飞行性能的问题,采用一种剪切式变后掠翼的变后掠方式,通过改变机翼后掠角但并不改变翼型来实现实时最优飞行。建立了四组不同后掠角的翼身组合体,并对其进行了宽广速域的扰流流场数值模拟,分析其在不同迎角和马赫数下的气动特性,最后得出最优后掠角变化规律。仿真结果表明,剪切式变后掠翼能显著改善飞机升力、阻力和升阻比等气动特性,使可变形飞机能适应多种环境和任务,在全飞行任务周期内相对固定翼飞机具有更优的性能。     

基于CFD的最优变后掠规律研究

为了探寻变后掠翼飞行器最佳后掠角的变化规律,基于计算流体力学计算技术,对变后掠翼身组合体进行了气动计算,结合遗传算法对计算结果进行全局寻优,探索最优变后掠规律.首先基于变后掠飞行器设计的要求与方法,建立了“旋转式”变后掠翼身组合体三维模型;其次通过在宽广速域绕流流场的CFD数值模拟,得到了气动数据;最后结合遗传算法对气动数据进行全局寻优,得出了升阻比最佳的后掠角变化规律.仿真结果表明,采用遗传算法对变后掠飞机最佳后掠角进行全局寻优,可以得到合理的最佳后掠角变化规律曲线:在亚声速速域内随着速度的增大,为了降低诱导阻力,提高升阻比,最优后掠角平缓增大;在跨声速速域内,为了延缓激波阻力的形成,最优后掠角急剧上升.     

大后掠机翼外侧翼下导弹气动特性分析

位于大后掠翼战斗机机翼下的导弹,在飞行中受到的气动载荷,会对结构疲劳特性产生显著影响。为了研究导弹的气动载荷,建立了某型战斗机挂载导弹的气动仿真模型,设计了 3种导弹构型,分别为带前后弹翼导弹、只带后弹翼的导弹与只有弹体不带弹翼的导弹。对飞机翼下挂载 3种不同构型的导弹进行了气动特性的数值模拟与分析,并对比了导弹的气动载荷分布规律。计算结果表明:位于大后掠机翼下方的导弹,由于机翼下方的洗流作用,会受到较大的气动载荷,导弹的气动载荷以侧力和滚转及偏转力矩为主要分量；滚转力矩的方向会导致导弹与发射装置连接处靠近飞机对称面一侧受力较大,容易降低疲劳寿命；导弹的气动载荷主要由后弹翼产生,可在设计弹翼时适当减小后弹翼的面积,从而降低战斗机后掠翼洗流对翼下挂载导弹气动特性的影响。     

变前掠翼气动布局纵向性能研究

发展和改进了一种变前掠翼气动布局及其设计思想,设计了集战斗和轰炸于一体的通用任务模式,并根据设计指标和翼身融合技术初步设计了变翼几何外形。采用N-S方程计算了该几何外形不同构型的纵向气动性能,分析了机翼前掠角对不同任务模式下纵向气动性能的影响。结果表明,变前掠翼气动布局可通过改变机翼前掠角来获取最佳纵向气动性能。     

柔性变后掠飞行器非定常气动特性数值研究

为研究柔性变后掠飞行器变形过程中的非定常气动力,对柔性变后掠飞行器进行了非定常数值仿真。首先分析了柔性变后掠飞行器在特定后掠角下的定常气动特性,接着选用三种变后掠周期进行了非定常计算,分析了不同变后掠速度对飞行器气动特性的影响,以及定常与非定常气动特性的差别,并研究了这种差异产生的原因。结果表明:柔性变后掠飞行器通过后掠角的改变可以使实时气动性能达到最优;不同变后掠速度引起的气动力差异不大;定常气动力与非定常气动力最大差异不超过7%,其差异主要是由于机翼上气动力的差异引起;非定常计算的升力、阻力系数大于定常结果,俯仰力矩系数与定常计算值差异不大。非定常气动力的产生机理是由于机翼的附加速度所引起的,与流场迟滞无关。总体上看,攻角小于14°时,小后掠可以取得较大的升力、阻力系数;大于14°攻角,大后掠的升力、阻力系数较大;所有后掠角均在4°攻角处取得最大升阻比且小后掠角的升阻比较大;当升力系数小于1.28时,小后掠角产生较小的阻力系数,超过这一数值,大后掠角的阻力系数较小。     

基于质心稳定的仿生变后掠翼最优变形规律研究

鸟类飞行中翅膀手翼和肘翼段的协同变形模式,为解决大展弦比无人机变形过程中质心和焦点的复杂偏移问题提供了有效途径。基于MQ-9无人机的反设计及变形机翼改型设计结果,建立了4个内、外段不同展长比例的机翼模型。基于结构设计结果,确定了质心稳定情况下内、外段后掠角协同变化规律及变形过程中纵向静稳定度的变化情况。基于CFD技术,对翼身组合体进行气动力计算,构建代理模型并结合遗传算法对计算结果进行全局寻优,探究仿生变后掠翼无人机的最优飞行状态及变形规律,选定最优仿生变后掠翼模型。分析结果表明:中、低亚声速范围内,仿生机翼的最优后掠角随马赫数变化曲线的波动程度大于传统单段式机翼;内、外段机翼展长比例对气动特性及最优变形规律影响较大,选则合适的比例可以有效减小最优机翼后掠角及对应的迎角变化曲线的波动程度。     

可变形飞行器机翼两种变后掠方式及其气动特性机理

为了探索可变形飞行器机翼以不同方式变后掠时的气动特性差异及其物理机理,对旋转变后掠和剪切变后掠翼身组合体进行了宽广速域的绕流流场数值模拟,并对其气动特性与机理进行了分析。计算中,采用粘性可压缩流动的数值模拟方法和三棱柱-四面体的非结构-结构混合网格。结果表明:剪切变后掠具有优于旋转变后掠的特性,前者在宽广的速域内均具有显著优越的升阻比和阻力,主要原因在于不同变后掠方式所引起的流场结构的显著差异。     

基于准三维冰形算法的结冰预测技术及应用研究

机翼结冰是威胁民用飞机飞行安全的主要因素之一,准确预测机翼的结冰过程和特点,可为防除冰设计提供依据和支撑。提出了利用二维模拟三维的准三维冰形算法,该算法在保证结冰预测精度的同时,极大地降低了型号结冰计算成本;给出了顺气流和垂直于前缘两种典型民用飞机后掠翼机翼的二维剖面截取方法,并将采用该方法的计算结果与三维后掠机翼的结冰预测结果进行了对比分析。结果表明,相对于顺气流方式,垂直于前缘方式的准三维冰形算法与三维后掠机翼的结果更为接近。     

飞机三维结冰模型及其数值求解方法

 对飞机结冰外形进行纯三维数值模拟,是目前飞机结冰预测中的一大难点。为了建立三维结冰数值模拟方法,基于Messinger的二维结冰模型,提出了一种考虑液态水溢流效应的三维结冰计算模型,并针对该模型建立了表面单元内溢流水流动的分配方案、发展了相应的迭代求解方法。采用本文方法对MS-317后掠翼结冰进行了计算,并与实验和Lewice3D的计算结果进行了对比。研究结果显示：本文方法具有较好的收敛性,计算的霜冰和明冰外形均与Lewice3D计算的冰形一致;对于霜冰和结冰时间较短的明冰,本文计算的冰形与实验吻合较好;对于结冰时间较长的明冰,本文计算的冰形与实验对比还有一定差异,但冰生长的总体趋势和大致体积与实验一致。同时,对比了MS-317无后掠翼与有后掠翼结明冰的外形,发现机翼后掠导致的三维溢流效应对结冰外形有明显影响,因此,对于三维结冰分析,如果用二维截面的结果来代替三维结果,其合理性还需验证。     

A systematic method of smooth switching LPV controllers design for a morphing aircraft

This paper is concerned with a systematic method of smooth switching linear parametervarying(LPV) controllers design for a morphing aircraft with a variable wing sweep angle. The morphing aircraft is modeled as an LPV system, whose scheduling parameter is the variation rate of the wing sweep angle. By dividing the scheduling parameter set into subsets with overlaps, output feedback controllers which consider smooth switching are designed and the controllers in overlapped subsets are interpolated from two adjacent subsets. A switching law without constraint on the average dwell time is obtained which makes the conclusion less conservative. Furthermore,a systematic algorithm is developed to improve the efficiency of the controllers design process. The parameter set is divided into the fewest subsets on the premise that the closed-loop system has a desired performance. Simulation results demonstrate the effectiveness of this approach.     

三维多段机翼地面效应数值模拟

 通过数值模拟方法研究多段机翼的地面效应,采用有限体积法求解质量加权平均Navier-Stokes方程,湍流模型选用Spalart-Allmaras模型,利用运动壁面边界模拟地面的相对运动。计算结果分析表明:随着飞行高度的降低,多段机翼的升力、阻力和低头力矩均减小;迎角、展弦比越大,地面效应越明显,升力损失越大;升力的减小主要是由于地面效应导致机翼下方静压增大的气流通过缝隙进入机翼上表面流场,使得机翼下翼面压力的增加量小于上翼面吸力的减小量;地面效应使机翼上翼面翼尖容易发生分离;翼尖涡沿着展向方向向外移动,机翼诱导阻力减小。该文研究结果可以为大型飞机的增升装置地面效应设计提供参考依据。     

蝉翅翼的运动研究与三维数值分析

以蝉为研究对象,首先通过分析蝉翅翼在高速摄像机下的运动影像获得了其运动方程,然后建立了蝉翅翼的三维模型,并研究了基于Fluent软件的蝉翅翼周围流场数值模拟方法,最后模拟分析了三维蝉翅翼模型在不同运动参数(拍动频率、拍动幅值和最大扭转角度)下的平均升力系数和平均阻力系数.研究结果表明最大扭转角度对蝉翅翼气动力影响较大,因此在仿蝉扑翼飞行器的设计与操控中必须考虑扭转运动.      

多段柔性变体扑翼飞行器设计

多段柔性变体扑翼模仿海鸥翅膀的复杂运动.观察海鸥翅膀的运动周期,设计了包含慢频率扑动、展向折弯、弦向扭转和结构柔性变形的扑翼模型,并应用准定常方法计算气动力,为该扑翼飞行器设计提供依据.在CATIA和3DMAX中设计多段柔性变体扑翼机的三维模型和运动模拟,制作样机进行飞行试验,研究其平飞、爬升、偏航等飞行姿态,结果表明升力和推力与数值计算结果吻合.相较于原有扑翼飞行器,多段柔性变体扑翼飞行器可以慢频率扑动飞行,调整扑翼形状.      

变形飞机机翼折叠机构设计及折叠角度测量

针对变形飞机机翼变形机构的设计要求,设计由舵机、蜗轮蜗杆机构、平行四边形机构组合而成的机翼变形机构,并设计基于三轴加速度计和DSP处理器的机翼折叠角度的测量算法和控制系统。利用加速度计分别求得机身和机翼相对于参考坐标系的角度,相减即得机身平面与机翼的夹角,制作一架小型折叠翼飞机模型对测量算法进行验证。结果表明：机翼能够稳定折叠在任一给定角度,测量算法准确,机翼实际折叠角度误差在可接受的范围内。     

基于可靠性安全系数的折叠展开机构可靠性分析

太阳翼系统是卫星的重要组成部分,其故障可能导致卫星无法正常运行,保证卫星太阳翼机构的可靠性具有重要意义。为了实现折叠展开机构的可靠性优化设计,首先,介绍卫星太阳翼机构的重要性及其可靠性的研究现状,提出基于可靠性安全系数的卫星太阳翼展开可靠性分析方法;其次,研究基于可靠性安全系数的概念,并推导其表达式;最后,以某型卫星太阳翼机构参数为例进行展开运动分析计算,验证所提方法的合理性和可行性。该方法可为卫星太阳翼机构及其他类似机构的可靠性设计提供有益参考。     

单曲柄双摇杆扑翼驱动机构的优化设计

微扑翼飞行器在试飞过程中时常发生向左或者向右倾斜栽落的现象,这是由于左右扑翼动作的不完全对称性引起的.由此建立了驱动机构在一个运动周期内左右扑翼角之差和角速度之差的数学模型,并在机械学、仿生学等约束条件下利用模式搜索法对目标函数进行了优化设计.优化前后的参数对比分析和试飞试验均表明:该优化显著增强了微扑翼飞行器的运动对称性.      

Proportional fuzzy feed-forward architecture control validation by wind tunnel tests of a morphing wing

In aircraft wing design, engineers aim to provide the best possible aerodynamic performance under cruise flight conditions in terms of lift-to-drag ratio. Conventional control sur-faces such as flaps, ailerons, variable wing sweep and spoilers are used to trim the aircraft for other flight conditions. The appearance of the morphing wing concept launched a new challenge in the area of overall wing and aircraft performance improvement during different flight segments by locally altering the flow over the aircraft's wings. This paper describes the development and appli-cation of a control system for an actuation mechanism integrated in a new morphing wing structure. The controlled actuation system includes four similar miniature electromechanical actuators dis-posed in two parallel actuation lines. The experimental model of the morphing wing is based on a full-scale portion of an aircraft wing, which is equipped with an aileron. The upper surface of the wing is a flexible one, being closed to the wing tip; the flexible skin is made of light composite materials. The four actuators are controlled in unison to change the flexible upper surface to improve the flow quality on the upper surface by delaying or advancing the transition point from laminar to turbulent regime. The actuators transform the torque into vertical forces. Their bases are fixed on the wing ribs and their top link arms are attached to supporting plates fixed onto the flex-ible skin with screws. The actuators push or pull the flexible skin using the necessary torque until the desired vertical displacement of each actuator is achieved. The four vertical displacements of the actuators, correlated with the new shape of the wing, are provided by a database obtained through a preliminary aerodynamic optimization for specific flight conditions. The control system is designed to control the positions of the actuators in real time in order to obtain and to maintain the desired shape of the wing for a specified flight condition. The feasibility and effectiveness of the developed control system by use of a proportional fuzzy feed-forward methodology are demon-strated experimentally through bench and wind tunnel tests of the morphing wing model.     

应用混合演化策略的机翼气动优化设计

把基于实数编码的遗传算法与可变容差法相结合,建立了数值优化设计中的混合演化策略(HES),并将其与机翼的气动分析相结合进行跨音速机翼的气动优化设计.与基准机翼相比,优化设计的机翼其气动性能有较大程度的改善,表明了混合演化策略在机翼优化设计中的有效性.与单纯的遗传算法(GA)相比,应用混合演化策略的气动优化设计具有更高的优化效率和优化质量.     

舱门机构运动的计算机模拟

1.构造及其原始数据 滑轨舱门收放机构由中、侧滑轨、三角支架、外伸臂、链条条、链轮、液压马达及减速装置等组成(图1)。一根中滑轨布置在43框前飞机对称平面内与飞机外形的下零纵线相贴合,两根侧滑轨分别布置在43框后机身的两侧,舱门的前端由一个接头铰支在三角支架上,三角支架的前支点与链条相连,舱门的后部和两个外伸臂固接,