Realization of an optimized wing camber by using formvariable flap structures

According to market research predictions, a large growth in the number of passengers as well as airfreight volume can be expected for the civil transport aircraft industry. This will lead to an increased competition between aircraft manufacturers. To stay competitive it will be essential to improve the efficiency of new generation of aircraft. Transonic wings of civil aircraft with their fixed geometry offer an especially large potential for improvement. Such fixed geometry wings are optimized for only one design point, characterized by the following parameters: altitude, mach number and aircraft weight. Since these vary permanently during the mission of the aircraft the wing geometry is rarely optimal. As aerodynamic investigations have shown, one possibility to compensate for this major disadvantage lies in the chordwise and spanwise differential variation of the wing camber for mission duration. This paper describes the design of a flexible flap system for an adaptive wing to be used in civil transport aircraft that allows both a chordwise as well as a spanwise differential camber variation during flight. Since both lower and upper skins are flexed by active ribs, the camber variation is achieved with a smooth contour and without any additional gaps. This approach for varying the wing's camber is designed to be used for replacement and enhancement of a given flap system. In addition, the kinematics of the rib structure allows for adaptation of the profile contour to different types of aerodynamic and geometric requirements.     

一种适用于飞行器复杂外形的表面与空间网格生成方法

本文通过建立反映机身横截面外形特征的控制点概念，及在控制点间分配网格点数方式，给出了一种非常实用、交互式的表面网格生成方法，所生成的网格失真度小，物体保形好，生成适用于CFD计算需要的表面网络花费的时间少，适用性强。基于无限插值理论，引入本文提出的网格正交控制、物面法向量控制、加权平均光顺措施，给出了一种改进的空间网格生成方法，有效克服了传统无限插值网格生成方法在复杂外形网格生成方面的缺陷，有效改善了网格的法向疏密性、贴体性及周向网格的均匀性，对真实飞行器部件网格生成非常迅速。以某飞行器复杂机身表面与空间网格生成，及无人机翼身组合体空间网格生成为例，检验了本文网格生成方法的实用性和有效性。     

民机自然层流机翼研究进展

新世纪航空市场对能耗、噪音等限制性要求继续加强,新一代民用飞机需要在气动减阻方面取得重大突破,自然层流机翼技术成为研究热点.总结了层流技术类别,回顾了自然层流机翼的主要研究历程,介绍了当前正在开展的欧洲TELFONA计划和美国ERA计划中的自然层流机翼的研究进展,概述了自然层流机翼应用情况和自然层流短舱,分析了自然层流机翼的实际应用难题,展望了自然层流技术在新一代民用飞机中的应用.     

倾转旋翼飞行器旋翼对机翼向下载荷计算模型

针对倾转旋翼飞行器悬停和小速度前飞的直升机飞行模式下旋翼下洗流对机翼的气动干扰影响,建立了一个机翼向下载荷的计算模型.该模型中,最关键的是建立旋翼对机翼的气动干扰面积模型.此模型考虑了倾转旋翼飞行器几何尺寸条件、发动机短舱倾转角和飞行状态等参数.最后将此模型集成到XV-15倾转旋翼飞行器飞行动力学模型中,进行配平计算,...     

On the generation of flight dynamics aerodynamic tables by computational fluid dynamics

An approach for the generation of aerodynamic tables using computational fluid dynamics is discussed. For aircraft flight dynamics, forces and moments are often tabulated in multi-dimensional look-up tables, requiring a large number of calculations to fill the tables. A method to efficiently reduce the number of high-fidelity analyses is reviewed. The method uses a kriging-based surrogate model. Low-fidelity (computationally cheap) estimates are augmented with higher fidelity data. Data fusion combines the two datasets into one single database. The approach can also handle changes in aircraft geometry. Once constructed, the look-up tables can be used in real-time to fly the aircraft through the database. To demonstrate the capabilities of the framework presented, five test cases are considered. These include a transonic cruiser concept design, an unconventional configuration, two passenger jet aircraft, and a jet trainer aircraft. Investigations into the areas of flight handling qualities, stability and control characteristics and manoeuvring aircraft are made. To assess the accuracy of the simulations, numerical results are also compared with wind tunnel and flight test data.     

基于NURBS方法的机翼气动外形优化

飞行器气动外形优化就是将设计对象的空气动力学性能分析与最优化方法相结合,通过不断改变设计对象的外形,使其气动性能在满足一定约束条件下达到最优.气动外形优化是一个涉及几何参数化、动网格、流场计算和寻优算法的综合应用平台.随着计算流体力学(CFD)的发展以及高性能计算机的使用,气动外形优化在现代飞行器设计中的作用愈加重要....     

航空发动机燃烧室一体化设计系统

为缩短航空发动机燃烧室的设计周期,提高设计质量,实现燃烧室设计一体化是非常重要的一步。但由于燃烧室中物理化学现象非常复杂,一体化设计对设计人员提出了1项富有挑战性的任务。发展了1种适用于航空发动机燃烧室的一体化设计系统,它主要由燃烧初步设计、几何建模、网格生成、CFD数值模拟、性能优化等部分组成。具有参数化、一体化和自动化的优点,能缩短燃烧室设计周期,提高设计质量,为燃烧室设计与研制提供有力的工具。     

Aerodynamic benefits of adaptive wing technology

Especially in the case of large transonic transport aircraft, flight conditions change considerably during a typical mission. This is accounted for by multiple but fixed design points which compromise aircraft performance. Employing adaptive wing technology where the wing geometry, or other means of flow control, adjusts the flow development to the changing freestream and load conditions allows us to explore fully the flow potential at each point of the flight envelope. Various means of flow control by geometric adaptation and by direct boundary layer control have been investigated within the German national program ADIF and the EU-project EUROSHOCK II and their potential explored. Here, corresponding results are presented and discussed, indicating the applicability and benefits of the adaptive control methods considered. It is also demonstrated that, generally, flow control must be adaptive to work in real aeronautical conditions since these conditions change within the mission flight envelope.     

利用微气囊扰动进行流动控制的数值模拟研究

探讨一种可以用来模拟“三角翼上分布微气囊，从而控制流动获得滚转力矩”的数值方法。为微型飞机的气动设计提供一种工具。研究的内容包括：考虑微气囊的三角翼网格生成、流场NS方程计算、微气囊不同布局对流动的扰动等。     

外挂物干扰流场特性数值仿真研究

飞行器研制中对于带外挂物的复杂外形气动特性分析研究一直是个难点,对外挂物与挂架不同缝隙的复杂机翼-挂架-外挂物组合外形采用结构重叠网格数值方法,快捷高质地完成了网格生成,通过求解带有k-e湍流模型的Navier-Stokes方程组,得到多个计算工况下的绕流外流场,分析了外挂物在不同工况下的气动特性,结果表明,CFD数值方法可方便快捷地对复杂干扰流场进行数值计算,可为飞行器相关设计提供技术支持。     

基于飞机产品结构更改的装配工装变型设计方法

 飞机研制过程中的频繁设计更改活动是造成装配工装设计修改工作量大、设计质量难以保证等问题的主要原因。为此,运用公理设计原理描述了装配工装设计问题,提出了一种基于飞机产品结构更改的装配工装变型设计模型。将数字化标准工装与工装概念几何作为控制几何,通过主几何层、源控制几何层、衍生控制几何层、工装部件层和工装设计基础库层之间自顶向下和自底而上相结合的综合运算实现装配工装变型设计,提高了装配工装设计对飞机产品结构更改的快速响应和应变能力。开发的变型设计工具集应用于飞机方向舵装配型架设计,避免了装配工装大范围设计迭代,有效提高了设计更改效率。     

高超声速飞行器内流道流态及其对全机气动力影响的实验研究

对吸气式高超声速飞行器而言,内流道的流态对推进系统乃至飞行器的工作特性有重要影响.本文用风洞实验的方法研究了升力体(类X-43)、二元进气道和轴对称进气道三种构型在不同来流、内部几何和燃烧室反压条件下的内流道工作情况,着重分析了起动/不起动状态对内流道流动特征及全机气动力的影响,提出并发展了通过在燃烧室内喷射高压气流的内流道反压模拟技术,并运用这一技术成功实现了内流道由起动向不起动、由不起动向起动/再起动的切换.     

基于CATIA的Formulas功能实现二次曲线的G2连续

首先简要概述了物面压力分布与物面外形之间的关系,进而介绍了飞机外形设计中经常用到的一类曲线-二次曲线,并推导出二次曲线G2连续的条件和公式,最后介绍了在CATIA中运用Formulas功能实现二次曲线G2连续的方法,并以实例将该方法应用到飞机外形设计中。     

面向先进战斗机研制的风洞模型飞行试验技术

高机动性先进战斗机气动布局与飞控系统设计面临愈加严峻的流动/运动/控制耦合问题,大迎角飞行以及推力矢量等高新技术应用也使其在研制过程中面临更高的技术风险,风洞模型飞行试验是实现飞行器气动/飞行/控制一体化研究、降低研制技术风险的重要手段。介绍了低速风洞模型飞行试验技术原理及国内外发展现状,对试验技术主要特点及其在支撑先进战斗机研制中的作用、应用范围、应用阶段以及面临的主要挑战进行了分析,为试验技术发展和应用提供参考。发展和应用低速风洞模型飞行试验技术,有利于充分挖掘战斗机的气动性能与控制性能,降低试飞风险,是新一代战斗机研制、新技术工程化应用的重要支撑技术。     

高超声速边界层转捩机理及应用的若干进展回顾

高超声速边界层转捩对飞行器的热传递、表面摩阻和流动分离等有重要影响,尤其是再入飞行器和吸气式巡航飞行器。然而,人们对边界层转捩机理中的很多问题认识还不清楚,或存在争议。本文从扰动波演化的角度回顾了高超声速边界层感受性、线性稳定性和非线性作用的国内若干研究进展,并以基于谐波共振的人工转捩技术为例示范了这些机理认识在转捩控制上的应用。扰动的产生和发展是认识边界层转捩机理的核心。通过研究扰动波来认识边界层转捩机理,开展应用创新研究对提升飞行器性能具有重要意义。     

考虑几何限制的航向道模式设计

民机自动飞行系统在截获LOC信标切入跑道中心线时，由于空间几何限制导致较大超调，会对飞行安全产生不利影响。针对这一问题，设计了一种考虑几何限制的航向道模式。为了解决LOC线性区外信号不能用于自动飞行指令计算的问题，利用飞行管理系统的现有功能计算出飞机偏离跑道中心线的水平偏差；使用切入点位置和最大滚转角的几何限制作为机动判断条件，同时以进入线性区作为LOC模式的激活条件，使得飞机在达到几何限制时能提前机动。最后，通过仿真对比了采用三种不同LOC截获方法时飞机的响应，仿真结果表明所提出的方法能够有效解决因几何限制导致的LOC截获超调问题。     

飞机推出和跑道掉头滑行行为计算方法

针对飞机推出和跑道掉头两种地面滑行特殊行为的位置和姿态计算问题进行了研究。从机场塔台管制运行模拟仿真的角度出发,提出了非完整运动学约束下飞机推出滑行和跑道掉头运动计算方法。依据飞机推出实际和非完整运动路径跟踪模型,设计出适合仿真推演计算的飞机推出运动求解方法。根据飞机跑道掉头的几何约束和转弯角运动约束,设计出开环控制下完整刻画飞机运动的求解方法。与动力学求解模型相比,该方法具有计算简便,适合于视景仿真驱动的优点,并通过数学仿真验证了方法的有效性。     

民用飞机进气道的侧风畸变研究

结合民用飞机动力装置/机体集成研究的具体需要,采用数值模拟方法对大涵道比涡扇发动机进气道的侧风畸变特性进行研究,给出了进气道在侧风条件下工作的流场特征,分析了导致侧风畸变的流动机理.研究结果表明:进气道的侧风畸变主要受到典型的气流分离与再附以及地面吸入涡等复杂流动现象的影响;当进气道内部气流出现分离时,侧风畸变会随侧风速度的增加而突然加剧;进气道在近地面工作状态,产生的地面吸入涡现象可能会使短舱的侧风容限明显降低.此外,侧风状态的进气畸变特性随着发动机流量的变化,进气道内部气流的分离与再附存在差别,这导致了进气畸变指数呈现迟滞变化.      

大迎角机动进气道试验装置有限元分析与优化

为给战斗机进气道的优化设计和性能评估提供试验平台,需要研制一套具有良好静、动态性能的大迎角机动进气道试验装置。介绍了该装置的结构、原理,并以该装置的有限元模型为研究对象,简述了有限元建模中的几何清理、网格划分等过程,对装置的强度、刚度和动态性能进行了有限元分析;阐述了优化设计的理论与方法,用尺寸优化方法对重要部件的厚度进行了优化。计算结果表明：装置的结构满足强度和刚度的要求,动态性能良好;通过尺寸优化,部件转动惯量得到明显减小。     

关于先进战斗机结构制造用钛概述

先进战斗机结构制造用金属材料主要包括铝合金、钢铁材料以及钛合金,而钛合金由于兼顾了钢的高强度与铝的低密度以及具有耐腐蚀等优点,在世界各国的新一代武器装备结构选材中越来越受到重视和广泛应用,特别是在先进战斗机的结构制造中尤为如此。对美国、俄罗斯以及我国第三代战斗机与F-22等新一代战斗机结构制造用钛情况进行了汇总阐述,特别是针对美国战斗机的钛合金设计选用思路及热制造成形工艺进行了分析讨论。