抓住机遇深入研究加快直升机气动设计技术的快速发展

1 前言 　　直升机空气动力学是阐明直升机(主要是它的旋翼)与周围空气相互作用的空气动力现象,研究直升机在不同飞行状态下的气动载荷、估算直升机的飞行性能和分析直升机的飞行品质的一门学科,在直升机及其旋翼的设计中起着关键作用. 　　……     

直升机垂直飞行状态气动参数辨识方法研究

准确计算直升机的悬停升限依赖于诸如桨尖损失系数,非均匀旋翼诱导速度分布,旋翼下洗引起的直升机增重效应及发动机与旋翼之间的功率传递系数等气动参数的准确度。然而,由于复杂的旋翼空气动力现象,准确预估以上气动参数有较大难度。本文提出了一种确定直升机垂直飞行状态上述气动参数的方法,该方法通过建立直升机垂直飞行状态的运动方程,实测直升机垂直飞行时的相关信息,采用参数辨识的方法得到直升机垂直飞行时的气动参数,然后,利用辨识结果确定直升机的悬停升限。结果表明该方法能有效地确定直升机垂直飞行时的气动参数及相应的悬停升限,且具有飞行试验简便,不受直升机装载和外界环境条件变化限制的特点。     

中航工业空气动力研究院

中航工业空气动力研究院(简称"中航工业气动院")隶属于中国航空工业集团公司,2000年由沈阳空气动力研究所和哈尔滨空气动力研究所合并组建。中航工业气动院作为中国航空工业唯一的空气动力研究与试验单位,主要从事航空气动力基础技术与应用研究、飞行器气动布局设计技术研究、CFD技术研究与应用、风洞试验技术研究,以及专用试验设备、设施的研制与建设。现有高低速风洞7座,其中FL-2高速风洞和FL-8低速风洞是主力生产     

基于模型试验的旋翼／机身气动干扰经验算式

试验研究了直升机机身受旋翼气流干扰时的空气动力特性。试验结果证实机身阻力与旋翼前进比和桨盘载荷变化密切相关,机身升力和俯爷力相矩的大小与旋翼桨盘载荷关系更大。通过对试验数据的初步分析,确定机射受旋翼尾流影响的气动干扰算式结构,利用最小二乘原理建立了简单有效的直升机机身在旋翼尾流干扰下的气动力算式,该算法可直接用于直升机气动设计和实时仿真模型中。     

神经网络在旋翼／机身气动干扰模型中的应用

由于直升机自身的特点，旋翼／机身气动干扰呈现非线性，且受多种因素的影响，用神经网络来解决这一非线性问题是一个很好的办法。将旋翼／机身气动干扰试验数据构造的学习样本，对网络参数进行学习，可以得到旋翼／机身气动干扰神经网络模型，进而可以用该神经网络模型研究直升机机身受旋翼气流干扰时的空气动力特性。参数训练好的旋翼／机身气动干扰神经网络模型可直接用于直升机气动设计和实时仿真。笔者在对旋翼／机身气动干扰神     

用参数辨识法进行直升机悬停性能拓展

准确计算直升机在不同飞行状态的有效气动参数对于确定直升机飞行性能具有重要意义。然而,由于复杂的旋翼空气动力现象以及直升机状态和环境条件的变化,准确预估气动参数有较大难度。为此,采用无量纲分析法建立直升机悬停状态的数学模型,首先对参数重组,确定了几个悬停状态重要参数,包括气动参数和直升机状态参数;然后,以直-9×型直升机为例,结合实际试飞数据,提出了用最小二乘法对该模型进行参数辨识的方法;最后,通过相关性分析,确定了辨识方法的可行性,并将辨识结果有效地用于直升机悬停性能拓展。结果表明,这种利用参数辨识进行性能拓展的方法是可行的,由于辨识结果是利用实际试飞数据确定的,拓展结果具有较高的可信度。这种数据处理方法可有效减少试飞周期,节约试验成本。     

基于CFD的直升机旋翼噪声计算

应用CFD技术和气动声学的时域理论,研究直升机旋翼悬停流场及气动噪声.噪声计算以旋翼流动解为基础,采用了气动声学时域理论,文中对该理论进行了推导和说明,并给出了旋翼旋转噪声的预测算例.     

旋翼尾流对空空导弹的气动干扰研究

直升机发射导弹时,旋翼尾流对导弹产生很强的气动干扰,研究旋翼尾流对导弹的气动干扰对于改进机载导弹发射技术具有重要意义。结合动量理论和涡流理论,推导了桨叶环量方程,用广义尾流模型计算了旋翼下洗流场。并在此基础上用工程方法计算了有旋翼尾流干扰和无旋翼尾流干扰两种条件下的某空空导弹气动特性,揭示了旋翼尾流对导弹的气动干扰规律,为直升机载导弹的发射控制提供了参考依据。     

直升机尾桨气动分析与试飞验证

首先对尾桨的气动特性进行了分析,将尾桨所受气动力进行了严格的公式推导,根据公式将尾桨空气动力的研究转换为对公式中相关参数的研究,然后对尾桨叶片进行了贴片标定,最后通过直升机飞行试验验证了定性分析得到的尾桨气动规律,为后续的尾桨载荷试飞提供了支持。     

弹头尾翼不同布局的气动特性分析

为了分析不同尾翼对作用在弹头上的空气动力的差异,分析弹头的机动能力,利用理论分析、实验数据和仿真计算,进行了弹头尾翼十字型和叉型布局的气动特性研究。通过建立弹头气动参数模型、分析空气动力试验数据,及对静稳定裕度、舵面控制效率及气动耦合的讨论和仿真,得到了二者气动差异的相关结论。     

某型直升机跳伞安全性研究

本文介绍了直升机用于跳伞飞行的一种改装技术,文中应用运动学、直升机空气动力学计算方法,对某型直升机用于跳伞飞行进行了安全性分析研究,分析了从侧门和尾门跳伞的利弊,建立了某型机尾门跳伞时的运动学模型,分析了无尾门飞行的气动特性,计算和分析了某型机的操纵性和稳定性,为解决某型直升机跳伞存在的技术问题提供了理论支持.     

简论空气动力学在21世纪的作为与发展重点

空气动力学是飞行器研制所需的重要技术学科 ,2 1世纪空气动力学面临着飞行器快速研制、高质量 (性能 )、低成本的要求 ,这对空气动力学专业是一种挑战 ,也是一种机遇。当然 ,飞行器的这些要求还涉及其它许多专业技术 ,如发动机、材料、结构、工艺、控制、计算机、仪器仪表等 ,空气动力学专业与这些专业密切相关 ,例如发动机结构控制等性能的预测和改善都离不开空气动力学水平的提高 ,因此空气动力学专业技术的发展 ,密切影响着飞行器的研制周期、性能、和成本。在 2 1世纪空气动力学专业大有作为 ,特别对于航空航天不发达的国家。因为空气…     

直升机增装旋转部件的气动影响分析

在直升机发展过程中,可能需用在机身外增加部件,该部件会持续旋转,带来了一些新的气动问题。本文采用理论分析、数值计算和仿真试验的综合方法来研究该部件旋转的气动特性。主要目的在于分析旋转产生的周期性扰动力和力矩对直升机的影响,以及为飞行控制律设计提供设计输入,即部件旋转时直升机的气动导数模型以及扰动响应。     

直升机CFD仿真现状与发展趋势分析

传统直升机气动设计较多依赖升力线理论、涡流理论等工程分析方法,高性能计算使采用CFD方法开展"第一性原理"仿真成为可能.本文从旋翼运动特点出发介绍了直升机区别于固定翼飞机的一些特殊计算方法,指出当前CFD方法在直升机实际应用中存在的不足.在此基础上,探讨了国外先进直升机CFD软件的发展策略与技术途径,从多求解器耦合、网格动态自适应技术、高阶格式与湍流模型的选取、多学科耦合求解等四个方面分析了这些软件的特点与技术优势.最后就如何适应未来发展需要,提出了直升机CFD能力建设方面的几点建议.分析表明,直升机由于旋翼运动具有与操纵输入、结构变形相耦合的特点,分部件及单学科的CFD分析方法与真实飞行状态存在偏差,多学科耦合分析与旋翼尾迹的精细模拟应当是软件未来发展的重点.     

直升机旋翼气动噪声的研究新进展

随着直升机的广泛使用,旋翼气动噪声问题逐渐得到重视。概述了旋翼厚度噪声、载荷噪声、高速脉冲(HSI)噪声、桨-涡干扰(BVI)噪声和宽带噪声的国内外研究现状,简述了旋翼气动噪声理论、试验、计算发展历程以及各阶段的研究成果,并对后缘襟翼、高阶谐波控制(HHC)、单片桨叶控制(IBC)、主动扭转桨叶等噪声控制方法和概念进行了介绍。重点叙述了旋翼气动噪声的研究新进展,包括大气、地面和飞行轨迹等对直升机旋翼噪声的影响,机身散射声场以及机动噪声计算方法等方面取得的成就。对直升机旋翼气动噪声的研究进行了总结,并对其发展前景提出了展望。     

直升机传动系统和旋翼系统关键技术

由于直升机的速度较低,一般最大速度不超过350km/h,机身的气动外形对飞行性能的影响相对固定翼飞机来说较弱。因此,有人说直升机气动特性主要是旋翼气动特性。就直升机本体技术而言,传动系统和旋翼系统是直升机最重要的关键部件,反映了直升机技术的本质和特征。     

直升机旋翼桨叶结冰气动特性分析

基于翼型结冰特性,研究了直升机旋翼桨叶结冰后的空气动力学特性,分析了桨叶不同剖面位置结冰类型、结冰厚度、沿不同方位角的升力特性变化,初步分析了空气动力作用对桨叶结冰增长的抑制作用,为国内直升机结冰试飞提供理论参考。     

“模型飞行试验”专栏引言

正模型飞行试验(又称"模型自由飞")是空气动力学研究三大手段之一,在飞行器研制及空气动力学科发展中有着不可替代的作用。著名科学家钱学森在规划我国空气动力技术能力和研究途径时多次强调其重要性,曾指出,"我们发展自己的飞机,要发展模型自由飞这种办法,解决风洞吹风不易解决的气动问题"。经过多年建设发展,我国风洞试     

导弹地效区飞行空气动力和飞行力学特性研究

采用CFD和风洞试验技术,研究了导弹地效区飞行的空气动力和飞行力学相关特性。研究结果表明,导弹地效区飞行,由于受到地面效应的作用,其空气动力和飞行力学特性同常规自由空间飞行相比,发生了较大变化,常规导弹气动布局很难实现地效区飞行。由于地效区飞行运动响应十分复杂,加之飞行高度很低,这使现有飞行控制技术难以适应。这要求在气动布局设计中,必须将气动力、飞行力学和控制响应一体化考虑,气动布局技术是协调解决运动响应和动力学耦合的核心。     

中航工业直升机设计研究所

中航工业直升机设计研究所是我国唯一的以直升机型号研制和直升机技术预先研究为使命的大型综合性科研单位。研究所现有在职职工2000余人,其中各类专业技术人员1400余人。研究所拥有总体气动、结构强度、旋翼设计、航电火控、飞行控制、液压传动等40多个专业和国防重点实验室等16个设计及试验研究室;拥有覆盖13t级以下军、民用直升机常规设计、试验的手段和设施,设计和试验手段与国际先进水平接轨。