大型客机后缘铰链襟翼气动机构一体化设计研究

我国正在开展大型客机的研制工作,增升装置设计是其中的关键技术之一。借鉴A350和波音787的后缘增升装置及其机构特点,研究了后缘铰链襟翼气动和机构一体化的设计。后缘铰链襟翼,是利用简单铰链机构驱动的后缘单缝襟翼增升装置,该机构由于构造简单、维护方便、制造成本低等优点备受青睐。详细介绍了基于CATIA二次开发创建的后缘铰链襟翼气动机构一体化设计模块,并嵌入到原大型飞机增升装置气动机构一体化设计平台上,获得较好的效果,为我国未来大型客机增升装置设计奠定了技术储备。     

大型客机柔性后缘增升装置气动机构一体化优化设计

增升装置的设计对于大型客机来说是十分重要的,柔性可变弯的增升装置是未来大型客机的发展趋势,也是当前的研究热点。以某大型宽体客机内段翼型为研究对象,在襟翼内部的柔性变弯机构的带动下,可以使襟翼的后50%部分实现柔性变弯。在原始刚性襟翼的基础上,柔性变弯后的襟翼可使襟翼后缘增加8°的偏角。之后在三维后缘铰链襟翼机构的带动下,同时襟翼内部使用柔性变弯机构,采用"前缘下垂+后缘襟翼柔性变弯+后缘简单铰链襟翼联合扰流板下偏",进行起飞和着陆构型的二维气动/机构一体化优化设计,优化出来的结果与原始不柔性变弯的翼型相比,起飞构型的最大升力系数的增加量为0.119,着陆构型的最大升力系数的增加量为0.162,且着陆最优构型推迟1°迎角失速。     

大型飞机增升装置气动机构一体化设计技术进展

增升装置设计作为大型客机设计的关键技术之一,其设计水平的提升将极大提高飞机的整体性能。虽然先进增升装置方案朝着简单形式发展,但其设计目标将结合气动、机构、结构、噪声等复杂考虑因素,以达到最优的综合性能和提高飞行的安全性、经济性和舒适性,是个高难度多学科多约束耦合的设计问题。结合气动优化、机构设计、一体化研究等多方面增升装置设计难点进行论述,并提出相应解决方案,最终完成气动/机构一体化设计。分别回顾了干净构型到巡航构型的外形设计方法;起降构型的气动评估、优化方法;增升装置位置表达方法和机构设计研究现状。最后阐述了气动/机构一体化设计方法的思想,总结了国内外在该方向所进行的研究和取得的成果。     

微型后缘装置增升效率及几何参数影响研究

 为满足现代大型飞机增升装置简洁高效的设计需求,以典型三段翼型为对象,采用数值模拟研究在后缘襟翼上增加微型后缘装置(mini-TED)以提高增升装置效率的可行性;给出了微型后缘装置的作用原理,获得了微型后缘装置位置、长度、偏度等几何参数对增升和升阻性能的影响规律。研究结果表明:微型后缘装置明显改变了襟翼后缘弯度,对襟翼流动产生有利诱导作用,拓展加长了增升装置的有效"气动弦长",是一种附加气动襟翼。其几何参数设计原则是:以长度l≤1.5%c(c为干净翼型弦长)、位于95%襟翼弦向位置前较为合适;偏度则可根据起降等飞行状态进行选择。与四段及其以上增升装置相比,微型后缘装置具有增升效果显著、结构简单、附加重量小和易于工程实现等优点,是一种极具潜力的新型增升技术,具有深入的研究价值和良好的应用前景。     

大型飞机后缘单缝襟翼空间机构设计方法与平台搭建

针对大型飞机总体技术要求和起飞着陆增升装置的设计要求,确定增升装置总体设计流程,详细介绍了后缘增升装置机构设计方法和平台,解决大型飞机后缘增升装置空间复杂机构的设计,以及后缘内外侧襟翼运动连续性和同步性问题。完成了后缘增升装置传动机构和收放机构在后梁上的布置,保证了收放机构的顺气流布置。     

大型飞机增升装置技术发展综述

高效的增升装置是现代大型飞机研制中的关键技术之一。详细介绍了增升装置的原理和现代大型飞机常用的增升装置类型及其支撑与驱动机构。增升装置设计是一个多学科多目标的问题,从气动性能要求、噪声要求和结构重量要求几个方面介绍了增升装置的设计目标。研究了增升装置的发展历程和气动计算与实验方法,最后提出了增升装置的发展趋势和新技术。     

基于NURBS曲线的多段翼成形方法与验证

随着民机市场对大型客机的要求不断提高,增升装置的重要性日渐凸显。增升装置可以有效地提高飞机起降阶段的升阻性能。传统增升装置主要包括前缘下垂、前缘缝翼、后缘襟翼等。增升装置外形复杂,设计难度大,设计过程中不仅需要考虑多种增升装置之间的相互影响,还要考虑如何在不破坏干净构型气动外形的基础上实现增升装置的设计,并且增升装置外形精度对气动性能的影响极大,因此需要对其气动外形参数化设计方法进行研究。一套有效的增升装置气动外形参数化设计方法可以极大提高设计效率,缩减研发成本。基于NURBS曲线的可塑性和可控性,提出一种多段翼切割曲线参数化设计方法,实现了对多种干净构型增升装置的成形设计,并验证了该方法的可行性和通用性。     

大型飞机增升装置气动机构一体化设计平台的创建

根据大型飞机整体技术要求和起飞着陆增升装置设计总要求,确定增升装置总体设计流程,建立气动机构一体化设计思想。在CATIA环境下进行二次开发,将气动、机构连接起来,形成一体化设计与仿真平台。平台的功能可以实现通过用户输入缝道参数和选择增升装置机构来驱动CATIA生成相应的增升装置的执行机构和传动机构,最后通过调用CFD工具来评估大型飞机的起飞着陆性能是否满足总体设计要求。     

民用飞机二维增升装置设计

为满足民机市场对飞机高效、经济的需求,飞机在巡航飞行阶段必须具有飞行速度高、阻力小等特性,具体到气动设计方面,就要求飞机的机翼具有较大的翼载荷,即减小机翼面积以减小阻力,这给飞机起飞着陆阶段使用的增升装置的设计提出更高的要求。运用计算流体力学的方法进行了民用飞机二维增升装置,即多段翼型的设计,得到了良好的设计结果,并验证了在二维增升装置设计过程中采用前缘缝翼外形设计——带前缘缝翼进行后缘襟翼外形设计——前后缘增升装置缝道参数优化——起飞、着陆构型协调的设计路线图的可行性与有效性。     

CJ818增升装置三维设计与运动仿真研究

现代大型民机需要复杂的多段高升力增升装置来满足飞机起降的性能要求。增升装置三维设计除了要进行空气动力学方面的设计,并设计适当的活动面运动轨迹以及可靠的驱动机构,还要避免活动面自身的扭转问题及活动面运动时的干涉问题。总结了前缘缝翼与后缘单缝襟翼增升装置三维设计原则,提出了CJ818增升装置设计方法,并利用已设计优化完成的二维翼型控制面,设计了结构简单、功能可靠的增升装置驱动系统;同时,在CATIA中对该系统进行三维运动仿真,检查其是否发生碰撞干涉。     

Aerodynamic optimization of a high-lift system with adaptive dropped hinge flap

The Adaptive Dropped Hinge Flap (ADHF) is a novel trailing edge high-lift device characterized by the integration of downward deflection spoiler and simple hinge flap, with excellent aerodynamic and mechanism performance. In this paper, aerodynamic optimization design of an ADHF high-lift system is conducted considering the mechanism performance. Shape and settings of both takeoff and landing configurations are optimized and analyzed, with considering the kinematic constraints of ADHF mechanism, and the desired optimization results were obtained after optimization. Sensitivity analysis proves the robustness of the optimal design. Comparison shows that the ADHF design has better comprehensive performance of both mechanism and aerodynamics than the conventional Fowler flap and simple hinge flap design.     

翼身融合布局民机克鲁格襟翼设计

翼身融合（BWB）布局是"绿色航空"发展目标的下一代大型民用飞机的理想布局。由于高度融合的外形特点，BWB布局难以通过应用传统增升装置实现低速增升与配平的协调设计。本文采用开缝钝头克鲁格襟翼提高BWB布局低速失速特性。首先，构建了克鲁格襟翼二维参数化方法，该方法符合克鲁格襟翼运动机构特点，可准确描述几何外形与缝道配置。其次，开展克鲁格襟翼几何参数与偏转角度的影响规律研究，分析流动形态与增升机理，提出设计原则。综合考虑外形、运动机构与遮蔽效应等设计约束，以提高增升能力为目标，开展前缘开缝克鲁格襟翼优化设计。优化设计结果满足设计约束，数值分析表明其增升能力比初始外形与经典缝翼均有明显提高。最终，采用前缘开缝克鲁格襟翼与后缘简单襟翼构建BWB增升构型，数值模拟与风洞试验结果表明，增升方案能够实现升力系数要求，降低了对配平能力的需求，减小了增升装置和高升力配平设计压力。提出的克鲁格襟翼设计方法不仅适用于BWB布局，也为传统布局民机增升装置设计提供了技术支持。     

单通道窄体客机气动力设计技术分析

气动力设计是单通道窄体客机的重大关键技术,对飞机性能影响重大。初步梳理和简要分析窄体客机的气动力设计技术,主要方法是典型机型的实例研究和相关数据统计分析和对比,内容包括机翼气动力设计、增升装置、翼梢小翼、CFD技术应用等。机翼气动力设计分析部分首先概述设计重要性和要求;之后给出典型飞机机翼气动力设计实例及主要参数统计数据,包括翼型、平面形状、飞机性能参数等;列出机翼内段-翼根区域气动设计、短舱-吊挂-机翼一体化设计等设计研究课题并简析。增升装置部分首先分析设计难点和问题,之后统计分析波音737和A320各代机型的增升装置设计,包括前缘后缘增升装置类型和主要参数等。翼梢小翼部分给出融合式小翼、双羽小翼减阻数据和展向升力分布改善图。最后简要介绍了波音公司、空中客车公司和我国CFD技术发展应用情况。     

基于变精度遗传算法的翼型快速优化设计方法

低碳环保的电动飞机在要求较高升阻比的同时,需要尽量降低成本、缩短研制周期。但高精度的数值模拟时间代价很大,因此针对电动飞机翼型设计中初始翼型较难选取、优化速度较慢的问题,提出了一种基于变精度遗传算法的翼型多点快速优化方法。以常用的 Hicks-Henne 型函数为基础,改进了其对翼型后缘描述不精确的问题。在数值模拟阶段,介绍了一种快速气动参数计算软件XFOIL,并分析了该软件的适用性与局限。之后给出了使用XFOIL 与 Matlab 进行联合求解的方法,在无人干预的情况下完全实现了翼型设计与优化的自动化,提高了设计效率。在翼型优化阶段,为保持较高的精度和寻优效率,设计了翼型参数的实数编码方法。针对传统遗传优化算法了改进,设计了染色体变精度杂交方法以及动态惩罚方法。最后,给出了基于遗传算法的多点优化方案,以及翼型多目标快速优化一体化设计方案。仿真分成两部分进行,首先改进的 Hicks-Henne 型函数能够有效实现参数化翼型的后缘夹角改变。通过与 NSGA-II 方法的优化结果对比,本文的方法在一定迭代次数范围内获得的升阻比更高,失速特性更加缓和,特别是在综合提高翼型优化效率方面表现较好。仿真结果表明,该方法能够快速获得多种工况下具有较高升阻比的翼型,也可以作为进一步优化的初始翼型,能提高翼型优化效率。     

大型飞机后缘铰链襟翼与扰流板下偏联合主动控制的二维绕流数值研究

针对大型飞机后缘铰链襟翼与扰流板下偏联合主动控制下二维翼型进行数值研究,研究内容包括:利用扰流板下偏技术,研究扰流板下偏与简单铰链后缘襟翼的耦合运动关系并分析其作用机理;利用铰链襟翼与扰流板联动改变巡航机翼弯度,改善机翼巡航升阻比,从而减少油耗,提高经济效益。采用CFD数值分析与iSIGHT优化平台软件,设计并分析了扰流板下偏与简单铰链改善飞机的低速起飞着陆性能及高速巡航性能。     

前加载翼型多点综合优化设计

前加载翼型具有低头力矩小、隐身性能好的特点,能够对气动和隐身特性进行合理折中,是理想的飞翼布局飞机截面翼型。首先介绍典型翼型参数化方法和评估方法,并对前加载翼型外形的控制能力进行评估,结果表明Hicks-Henne方法和CST方法对前加载翼型外形的控制能力较强,并且CST方法参数个数较少。然后依据飞翼布局飞机设计需求,在确定翼型设计状态和优化设计模型的条件下,将CST翼型参数化方法、N-S方程数值求解方法和遗传算法相结合进行前加载翼型多点综合优化设计,得到比参考翼型具有更大相对厚度和更优气动特性的设计结果。