适应水-空介质航行的共形半环翼布局概念研究

根据跨越水-空界面,在海水、空气两种介质中交替航行的构想,针对飞行器/航行器的气/水动布局设计矛盾,考虑穿越两相界面的巨大冲击载荷,基于可伸展环形翼设计,提出一种共形半环翼布局概念。设计了空中、水下两种基本布局形态,利用弹翼沿轴向对称旋转实现形态之间的过渡转换。采用CFX软件分析了该布局空中构型的气动特性和水下构型的水动特性。数值模拟结果表明,0°攻角时,共形半环翼布局空中构型气动升、阻力系数接近于具有相同翼型、弦长、水平投影面积的平直翼构型的两倍,攻角增大到12°以后,气动升力较参考平直翼构型的增幅降低到百分之十几;水下构型与类鱼雷构型水动特性相当;空中构型在水下航行时,弹翼阻力约占整体布局阻力的50%,弹翼升力在攻角绝对值大于15°时约占50%,随着攻角绝对值减小所占比例迅速增加,3°攻角时弹翼升力占到98%,从而证明共形半环翼布局为适应水-空介质航行所设计的两种构型及其变体方案的合理性及必要性。     

不同结构柔性翼的气动特性风洞试验研究

通过对6种不同结构的柔性翼模型进行的变迎角、变风速风洞试验,研究对比了不同柔度的柔性翼的升阻特性以及对风速变化的响应特性。结果表明,微型飞机采用柔性翼虽然降低了机翼升力的产生,但能够明显改善升阻比;不同柔度的柔性翼会直接影响微型飞机对风速变化的敏感程度,当机翼结构和柔度经过设计后,可以显著提高微型飞机对风速变化的适应能力。试验数据和结论对提高微型飞机的升阻特性以及对风速变化的响应特性具有一定参考价值。     

高超声速翼身组合布局的最优巡航配平研究

以一种类似X-34的翼身组合体为初始构型,研究高超声速下的最优巡航。为了获得最佳升阻特性,达到全机的力矩配平,通过改变机头弯度、翼型弯度和机翼扭转角,对机翼、机身进行耦合设计,研究其不同布局参数下的气动特性。与翼身组合布局的再入型可重复使用运载器进行比较,给出了适应临近空间小迎角下高超声速巡航飞行的设计方法。结果表明,所采用的配平设计方法是合理、有效的,得到的优化构型满足了高超声速最优巡航的要求。     

弹翼对旋成体底部流动的影响

本文利用压强测量及纹影观测技术研究弹翼对旋成体底部流动及底阻的影响，研究对象包括有无收缩船尾的两种后体，并同时测量了模型的底面和侧面压强分布，通过实验观测结果和理论分析，得到较细致的弹翼干扰结果，有助于进一步认识底部注以动特性及上游干扰，对飞行器设计有实用意义。     

栅格翼外形特征对减阻影响的研究

栅格翼相对平板翼有其独特的优越性,对其气动特性进行优化很有必要。采用风洞实验和数值计算的方法,分别对不同翼弦格宽比的栅格翼及不同后掠方式的栅格翼进行了研究,风洞实验结果显示,栅格翼的翼弦格宽比存在一个气动性能的最佳值,使得升阻比最大;数值计算结果证明栅格翼前缘局部后掠能有效减小波阻,是一种新的减小栅格翼阻力的方式。     

前缘后掠式栅格翼升阻特性研究

栅格翼阻力大的缺点一直是需要解决的问题,前期研究显示,栅格翼翼面后掠能有效减小超声速阶段的波阻。本文采用数值计算的方法,对栅格翼前缘不同后掠方式、后掠角度及前缘后掠贴体型栅格翼进行了分析研究,数值结果显示栅格翼前缘后掠能有效减小波阻,其中栅格格间交接点为尖点的后掠方式减阻效果更好;栅格翼前缘后掠角度对其升力特性的影响较大,主要体现于对栅格内部气流壅塞现象的改善方面;和背风面为平面的栅格翼相比较,前缘后掠贴体型栅格翼的升阻特性表现更优。     

翼身融合无人机外形优化设计研究

翼身融合布局无人机具有较好的升阻特性和隐身特性,拥有广泛的应用前景。为了提高无人机的续航能力,兼顾翼身融合无人机的气动特性和结构重量要求,选择无人机升阻比与全机面积作为优化目标,应用多目标优化方法研究翼身融合无人机的外形设计,提出一种针对翼身融合无人机的外形参数化优化设计方法,并进行实例验证。结果表明:外形优化可以提高无人机升阻比、减轻结构重量,从而获得合理的翼身融合无人机设计方案。     

冲压翼伞流场与气动操纵特性的数值模拟

采用有限体积法求解shear stress transport(SST) k-ω二方程湍流模型下的Navier-Stokes(N-S)控制方程,对冲压翼伞的气动特性进行数值模拟,分析翼伞的流场机理和气动操纵特性.模拟得到的升阻特性与试验数据较吻合,在此基础上分析前缘切口、弧形下反以及稳定幅对升阻特性的影响.通过软件Fluent实现了非定常流动模拟,研究了翼伞的非定常升力特性,其升力系数的脉动受脱体涡的非定常过程影响,当迎角为16°时,翼伞升力变化周期为0.36s.最后分析了翼伞稳定滑翔阶段的纵向静稳定性,相比于单边后缘下拉方式,通过闭合翼伞一侧进气口实现航向操纵更稳定有效.      

前端襟翼对带涡襟翼的细长翼影响的实验研究

 为改善带涡襟翼的细长翼的升阻特性,在其上附加了前端襟翼和后缘襟翼。通过前端涡(前端襟翼上产生)和前缘涡(涡襟翼上产生)相互作用对气动特性影响的研究,得到能够改善升阻特性的方法。结果表明,涡的相互作用对涡的产生和发展有很大影响,因而影响细长翼气动特性。附加前端襟翼和后缘襟翼是必要的。由此得到既能增升又能减阻的前端襟翼偏转角。     

襟翼形式对扑翼获能特性影响的对比分析

提高新能源利用效率、减少石化能源的消耗，是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的关键。扑翼式获能器是一种可从流体中获取能量且结构简单、环境友好的新型获能装置。为有效提高传统扑翼获能器的获能特性，提出一种带有尾缘襟翼的新型扑翼获能器，并采用计算流体力学（CFD）方法对其获能特性进行了数值模拟研究，比较了采用不同偏转策略的带尾缘襟翼扑翼的绕流流场和获能效率，发现在一个运动周期里尾缘采用连续偏转（TP式）方法提升扑翼获能特性的效果最为显著。最后，对比分析了主动式的尾缘襟翼和被动式的格尼襟翼对其扑翼获能性能的影响。结果表明，尾缘襟翼对扑翼获能效率的提升主要体现在中高缩减频率工况（f*=0.12～0.22），在f*=0.18时获能效率最大，可提高到46.3%；而格尼襟翼对扑翼获能效率的提升主要体现在中低缩减频率工况（f*=0.08～0.14），在f*=0.12时获能效率最大，可提高到41.2%。因此这两种方法都具有实际应用前景和发展潜力。     

不同参数的盘翼/桨叶旋翼系统气动特性的试验研究

本文针对具有不同曲率的圆盘翼和不同外伸长度的桨叶的旋翼系统的气动特性进行了实验研究,并分别对旋转和不旋转两种情况下的气动特性进行了对比。然后在实验结果的基础上对理论计算进行了修正,使得计算方法可以用于计算该旋翼系统的升阻特性。     

基于扇翼机翼升推力机理的吹气机翼研究

基于对扇翼飞行器升推力产生机理的数值计算与分析，提出了一种扇翼飞行器机翼的替代方案——吹气机翼。分析了扇翼机翼升推力的产生机理并在扇翼机翼翼型的基础上构建了吹气机翼翼型。建立了两种机翼翼型的数值计算方法，通过对比相对静压分布曲线、速度云图和压力云图，证明了吹气机翼具有与扇翼机翼一样的升推力产生方式，即涡致升推力的形成机制。通过将横流风扇加速后气流流速定义为吹气机翼吹气速度，对比了两种机翼升推力随来流速度和迎角的变化关系。结果表明:两种机翼的升推力变化趋势基本一致，仅在迎角大于20°时，吹气机翼推力值相较扇翼机翼损失了近5倍。总体而言，在常规飞行状态下，吹气机翼能够替代扇翼机翼，为相关飞行器的增升和优化设计提供了一种思路。      

基于柔性翼肋的变形机翼几何参数设计

为了实现柔性翼肋在机翼结构中的应用,试验分析了柔性翼肋结构的变形效能.推断分析了机翼几何参数(翼面积、展弦比、尖稍比、后掠角)对机翼升阻特性的影响,结合柔性翼肋在机翼中的应用,优化了机翼参数和相应的后缘柔性变形量.实验证明柔性机翼结构的可行性,性能评估证明柔性机翼具有一定的优势.     

基于蜻蜓翅几何及刚度相似性的仿生扑翼结构

目前对于扑翼和扑旋翼飞行器的研究主要致力于实现仿生拍动模式的机构设计和气动特性分析，对昆虫翅的研究主要在微观尺度的生物学构成以及材料和力学特性。采用主成分分析法可建立昆虫翅展向抗弯刚度与几何形态参数之间的关系。以仿蜻蜓翅的扑翼设计为例，根据蜻蜓翅脉的分布可设计具有几何相似性的扑翼模型，进而基于蜻蜓翅的展向抗弯刚度实验结果建立仿蜻蜓翅扑翼设计的刚度相似性准则，以刚度相似性为约束对扑翼进行结构优化，分别制作了仅具有蜻蜓翅刚度相似性的矩形扑翼（JX-翼）、仅具有蜻蜓翅几何相似性的扑翼（JH-翼）、基于蜻蜓翅几何相似性和刚度相似性的仿生扑翼（GD-翼），并采用扑旋翼模型分别对这3种扑翼在5～15 Hz的拍动频率范围内进行了升力测试实验。结果表明，基于几何相似性及刚度相似性设计的GD-翼在12.5 Hz拍动频率时产生的升力比仅基于刚度相似性的矩形JX-翼提高25%，在低于6.5 Hz时与仅基于几何相似性设计的JH-翼相近，但在高于8 Hz时比JH-翼的升力大2倍以上。基于蜻蜓翅的几何相似性和刚度相似性的扑翼结构设计方法为提高仿生扑翼和扑旋翼的气动升力和效率提供了新的路径。     

微型飞行器相关布局气动特性实验研究

微型飞行器由于飞行雷诺数比较低,其流动现象和机理比较复杂,对其进行相关的实验研究是尤其的必要且可行。本次试验通过由带有一定厚度和弯度的翼型构成的矩形机翼和反齐默曼机翼的对比实验、不同弯度的对比试验、不同参数的鸭翼实验以及翼尖小翼实验,重点分析了平面布局、弯度、鸭翼以及翼尖小翼对气动特性的影响。试验结果表明:在带有一定厚度和弯度的情况下反齐默曼气动性能好于矩形翼;适当的弯度能提高飞行器升力特性和纵向稳定性;鸭翼能有效地提高微型飞行器的气动特性;翼尖小翼能改善飞行器的升阻特性。     

串列翼飞行器机翼耦合特性研究

串列翼飞行器由于其前后翼以及机身之间的相互干扰,气动特性复杂且难以预测。针对一款串列翼飞行器,以前后翼之间的垂直距离为变量,设计了五种气动布局,并使用CFD方法进行了数值模拟计算。通过对五种布局升阻特性与俯仰特性的比较及分析,发现前后翼垂直方向距离会显著影响整机升阻比、俯仰稳定性、气动中心位置以及压力中心位置。两翼间垂直方向上的距离越大,飞行器升阻比越高,且气动中心更加靠后。而在两翼间距离相同的情况下,前翼在下的布局拥有更高的升阻比,而前翼在上的布局拥有更好的俯仰静稳定性。     

螺旋桨推进式柔性翼飞机操稳特性研究与试飞

采用柔性翼面的小型飞行器在通用航空器和特种飞行器领域得到了较广泛的应用.由于此类飞行器往往采用蒙皮为可变形柔性织物的高置上单翼以及推进式螺旋桨,其特殊的升阻特性、总体布局和动力影响使得其飞行动力学具有很大特殊性.结合气动力估算、风洞实验和飞行实验结果,在此类飞机的纵、横航向操纵性与稳定性方面得出了有别于传统飞机的一些结论,并给出了有关物理解释;提供了适合此类飞机的飞行动力学建模方法和一系列有别于传统飞机的设计参数取值范围.     

微型扑翼飞行器推力特性试验

通过进行微型扑翼飞行器低速风洞试验,研究了扑动翼展弦比、刚度和弯度对其推力特性的影响.制作了展弦比为2,4.和7以及带弯度与不带弯度的矩形扑动翼,并对三种不同刚度大小的矩形扑动翼进行了结构变形分析;试验风速变化范围从4 m/s到10 m/s,扑动频率从4 Hz到8 Hz.风洞试验结果表明适当的增大扑动翼展弦比或减小扑动翼刚度有助于提高扑翼飞行器的推进效率;而扑动翼翼型弯度的增加不利于推力特性的提高.      

利用风洞试验研究冲压翼伞的升阻特性

冲压翼伞的风洞试验是研制冲压翼伞过程中的一项重要内容。介绍了投物用冲压翼伞风洞试验的特点及发展,着重讨论了这类冲压翼伞的升阻特性,通过理论计算与试验结果的比较,分析了柔翼与刚性翼之间的差异,得出了升阻比最佳点,同时,还分析了冲压翼伞各部分阻力的构成情况,提出了减少阻力的主要措施。     

基于LBM-LES方法两栖水翼航行器水动特性分析

目前,国内外对于两栖航行器气动/水动特性的研究仍处于探索与发展阶段。结合鱼雷及水翼船的特点,提出一种通过改变外形实现水下、水面航行的新型两栖水翼航行器。基于LBM-LES方法对航行器水动特性进行数值仿真,得到航行器在水下、水面航行时的升力、阻力曲线。结果表明:在水下航行时,收缩水翼的航行器在较小的迎角范围内阻力较小,适合高速航行;在水面航行时,展开的水翼增大了航行器的升力、减小了阻力;通过改变外形航行器能够满足在水下、水面的航行要求,其外形设计及两栖航行性能还有较大的优化空间。