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.     

层流：未来飞机减排的关键技术

人们早就知道自然层流能减小阻力,但实际飞行中层流却很难维持和使用,因为要延迟层流边界层向湍流边界层的转捩,对机翼表面的光洁度要求很高．由于后掠翼气流有流向翼梢的趋势,这种所谓的横向流很快就会破坏边界层的稳定,因而在后掠机翼上难以实现层流流动。     

NASA对层流研究的贡献

1926年由NASA的前身NACA通过风洞烟雾试验研究了不平机翼表面设计对紊流的影响。 40年代NASA在一架洛克希德的P-38试验机上安装了层流机翼试验段。 70年代,在一架通用动力公司的F-111飞机机翼上安装了一种被动式翼套,在较大区域实现了亚音速层流控制。该机曾是运输机技术试验台。     

民用飞机新技术的实用化研究

美国和欧洲研究人员已经明确了新一代民用飞机所采用的若干先进技术，包括桁架支撑机翼、层流机翼、短距起飞和着陆技术、开式转子发动机等，并且正在致力于这些新技术的实用化研究和发展。     

NLF—1自然层流机翼低速转捩位置测定

自然层流机翼是我国下一代民用客机采用机翼之一。本文对自然层流机翼ＮＬＦ－１用热膜法和升华法在南京航空学院ＮＨ－２低速风洞中进行机翼边界层转捩位置的测定。结果表明，该机翼的转捩位置在离开机翼前缘的７０％左右的当地弦长处，因此ＮＬＦ－１机翼确为较好的层流机翼。     

EADS展示新的机翼层流技术

在范堡罗航空展上．EADS公司展示了一种使机翼表面气流流动以保持层流的简单设备，并表示该设备有望减少约0.3％的飞行阻力，从而可节省大量燃油。     

NASA进行超音速层流试验

NASA’sSupersonicMaturalLaminarFlowTests美国NASA的德莱顿飞行试验中心目前正在用一架F－15B飞行技术验证机进行一种超音速层流机翼设计的试验。初步的试验表明，这种机翼在飞机超音速飞行时，翼上自然层流的覆盖率能够达到80％以上。机翼试验段采用的是一种被动式层流控制系统，而不是那种通过采用饮气系统或吸气翼套来进行层流控制的主动式层流控制系统。试验机翼段的尺寸为0．gXI．2米，直接装在德莱顿研究中心的一架F一15B飞行验证机的机身中央挂架上。中心共进行了4次飞行试验，每次飞行扣一的分钟，其中每次超音速飞行的时…     

超临界自然层流机翼设计及基于TSP技术的边界层转捩风洞试验

为了实现绿色航空节能减排的目标,层流设计技术成为飞行器设计者的研究热点。对于跨声速客机而言,超临界自然层流机翼设计技术将显著减小飞行阻力,提升气动性能,减少燃油消耗和污染物排放。首先,基于高精度边界层转捩预测技术耦合翼型优化设计系统,实现超临界自然层流翼型设计;经过合理的翼型配置,形成超临界自然层流机翼。转捩数值模拟分析结果表明,超临界自然层流机翼的层流流动特性良好。然后,以比例为1：10.4的试验模型在荷兰高速低湍流度风洞进行边界层转捩风洞试验,使用温度敏感材料涂层（TSP）技术拍照获得机翼表面在不同马赫数、雷诺数和迎角工况下的层流-湍流分布。最后,通过超临界自然层流机翼边界层转捩试验结果,探讨了该类型机翼的转捩特性随来流参数的变化规律,总结了超临界自然层流机翼设计的关键因素。此外,该模型也可用来验证边界层转捩预测技术在超临界、高雷诺数工况下的预测精度。     

超临界层流机翼边界层及气动特性分析

高空长航时无人机设计巡航状态的雷诺数较小,黏性边界层对气动特性的影响较大。详细分析了雷诺数对机翼边界层和气动力的影响,用数值方法对超临界层流机翼三维层流-转捩-湍流混合边界层特性进行了研究,分析比较了高空小雷诺数和中空大雷诺数情况下机翼三维边界层的特性,尤其是边界层转捩点位置、表面摩阻和气动特性的雷诺数效应。研究表明雷诺数对于高空无人机机翼边界层厚度、摩擦阻力和升阻比影响较大;对层流机翼的转捩点位置和升力系数影响较小;自然层流机翼技术可以应用于高空无人机设计。     

F-16XL为HSCT进行超音速层流试飞

目前一架F-16XL研究机已经被改装成一架超音速层流控制概念研究机。该机的左机翼被装上了一个带有很大的吸气表面翼套。这项试验将对美国高速民用运输机(HSCT),即下一代超音速民用飞机的研制具有重要的意义。装上新翼套的F-16XL已完成了首次飞行。为其制订的一系列试验计划将要验证仅仅使用目前的吸气技术是否能在超音速飞行下维持机翼表面的大部分区域为层流区,从理论上讲,通过对机翼前段翼型外形的正确设计,组     

南方公司的电子束打孔技术

本文剖析了电子束打孔机的工作机理、结构和特性，阐述了电子束打孔技术的工艺过程、参数选择、调试方法和影响因素，还介绍了背衬材料的研制和应用经验。     

HondaJet的设计和发展

与现存的一些小型商务喷气飞机相比，HondaJet是一种具有超大座舱、高燃油效率和高巡航速度的先进的和重量轻的商务喷气飞机。为了达到高性能的目标，通过大量的分析和风洞试验后开发了翼上发动机构型、自由层流机翼和自由层流机头。机翼是金属的，具有整体机加表面，这样可以实现自由层流所要求的光滑上表面。机身全部由组合件构成，加强板和夹层板被整体热压成型以减少重量和成本。原型机已经被设计制造。并且已经完成了主要的地面试验，如结构验证试验、控制系统验证试验、系统功能试验和地面振动试验。飞机在2003年12月3日首飞，飞行试验现在进行当中。接下来叙述在研发过程中进行的气动的、空气弹性变形的、结构的和系统的设计和试验。     

层流控制技术及对飞行器气动加热的影响研究

本文主要介绍了层流控制技术的基本原理和主要技术途径,分析了层流控制在飞机减阻和外表面红外隐身方面的作用。在低湍流度风洞中,利用萘升华试验,在NACA64A-204后掠机翼模型上,研究了吸气流量和压力梯度分布等对层流控制效果的影响,研究结果表明:前缘吸气可以抑制CF波的成长,吸气流量对层流区的范围有显著的影响,随着吸气流量增大,层流区范围逐渐增大。利用对称机翼模型,研究了层流控制对气动加热的影响,研究结果表明:层流控制技术可以显著扩大层流区的范围、减小气动加热、降低表面温度,前腔的吸气流量对层流控制效果起主导作用,并存在最佳值,吸气流量过大不会进一步改善层流控制效果,吸气流量过小则达不到最好的层流控制效果。     

军用航空

美国启动安静远程超音速运输机美国国防部预研局已经拨出3500万美元的经费启动“安静超音速平台”计划、探索今后可军民两用的超音速公务机技术、现在走在前面的方案是由美同雷诺飞机公司提出的层流机翼方案、以往常规的超音速飞机所用的三角翼虽然有较低的激波阻力，但由于机翼表面的流场为紊流，所以摩擦阻力较大。雷诺采用了小后掠尖锐前缘的层流机翼，从而大大减小了摩擦阻力、为了不产生太大的波阻，机翼厚度很薄。据估算，这种方案的超音速阻力可减少500／o以1二，井冈什匕曾川1川”。以卜。飞机的飞工速）文为M15，这样就l叶以入使…     

用表面粗糙度控制超声速层流边界层

有关超声速机翼的层流控制已经提出了许多方法,但是这些方法除了成本高、效益差、维修困难外,其应用的速度和雷诺数范围也很有限,最近一些空气动力学者找到了通过表面粗糙度分布进行层流控制的方法,并获得了好的效果     

基于层流机翼的增升装置设计研究进展

层流机翼的增升装置设计可以起到减阻和降噪的作用。将低阻的层流区域与高效的增升装置相结合,通过采用有效的外形设计和恰当的结构选型,可以实现巡航时层流区域的扩大、起降时增升效果的提升,并显著降低机体噪声。本文根据绿色航空的发展需求,分析了层流机翼和增升装置的技术特征,阐述了在层流机翼状态下增升装置的设计方法,系统地介绍了结构外形、运动机构和辅助装置等的应用现状,在此基础上综述了实现增升装置适应性调整所需要重点研究的技术内容,给出了层流机翼增升装置的未来发展方向和思路。     

低雷诺数螺旋桨滑流对机翼气动特性的影响研究

深入研究低雷诺数滑流对机翼的影响,能够推进临近空间低速流动机理性研究,提供可靠的气动参数。参考某太阳能无人机,建立单螺旋桨计算模型,采用两叶螺旋桨,通过ICEM网格软件生成具有两个计算域的高质量结构网格,应用滑移网格边界条件,对模型进行数值模拟;分析低雷诺数螺旋桨滑流的发展和机翼在滑流作用下的非定常气动特性,研究不同螺旋桨位置对机翼气动特性的影响,计算结果表明螺旋桨滑流会很大程度地改变机翼表面压力分布和沿翼展的升力分布,对机翼升阻特性有显著影响,同时螺旋桨滑流可以抑制机翼表面层流分离泡的产生。     

带边条后掠翼融合体隐身布局的应用研究

应用棱边边条和小展弦比大后掠角机翼融合设计，使边条涡稳定机头的脱体涡改善机翼根部流场；同时合理配置前翼，使鸭翼产生的涡流流经机翼时，加强了机翼上表面的主体涡流强度，推迟了机翼表面流态分了，提高了机翼的非线性升力。特别在大攻角时，边条涡处在机翼上表面与鸭翼自由涡和机翼主体涡相干涉，形成了三涡一体的非线性升力，极大地改善了全机的流动特性。经实验证明，该布局提供的方案，具有与同类普通布局为高的升力线斜率     

层流控制和自然层流机翼可压缩边界层计算和应用

本文对后掠层流机翼可压缩边界层进行了计算研究。引入新的相似变换形式,避免了Kaups-Cebeci方法在变换中可能出现的奇性,导出了在新的相似变换下的偏微分方程组。对层流控制(LFC)和自然层流(NLF)机翼进行了计算,得到了满意的结果。     

HLFC后掠翼优化设计的若干问题

使用扩展自由变形参数化方法,基于径向基函数的动网格技术和改进的混合粒子群算法,考虑吸气的e^N转捩预测方法和雷诺平均Navier-Stokes求解器,搭建了针对混合层流流动控制（HLFC）后掠翼的优化设计平台,对HLFC后掠翼的气动外形设计、雷诺数影响、吸气分布设计等多个问题进行了研究,对比分析了在这些因素影响下HLFC后掠翼的阻力系数和层流区长度的差别,进而探索了相应的设计准则。研究表明,对于层流区较长和阻力系数较小的HLFC后掠翼来说,它们上表面的压力分布具有共同的特征：头部峰值较低,之后有一个小的逆压,接下来是一段较长的均匀稳定的顺压,这段顺压最后终结于一道激波。应用HLFC技术后,通过实现大面积的层流区,机翼的摩擦阻力和压差阻力均可显著地降低,降低的幅度远大于不考虑层流控制的设计结果。同时,HLFC机翼的设计应综合考虑摩擦阻力、压差阻力、激波强度和配平阻力（低头力矩）,层流区最长不一定意味着阻力最小。一般来说,雷诺数越高,越难维持层流,但应用混合层流控制技术后,即使在难以实现自然层流的高雷诺数下,HLFC机翼依然有较长的层流区。通过对吸气分布的设计进行研究,说明了非均匀吸气比均匀吸气要更有效率一些,能够节省吸气量。