钝化前缘对栅格翼激波干扰与热流分布的影响

采用数值模拟与工程计算相结合的方法对高超音速栅格翼进行了研究,分析了在高超音速 情况下,栅格翼激波干扰对前缘钝度的敏感性以及对栅格翼热流分布产生的影响。结果表明 ：在同等栅格间距下,产生激波干扰的第三临界马赫数随栅格翼前缘钝度的增大而增加,传 统的尖前缘栅格翼理论不适用于钝化前缘外形。另外,激波干扰在栅格翼表面会产生局部的 高热流区域,但此热流峰值与前缘驻点相比仍然较低,因此对栅格翼热防护无额外影响。

     

基于POD降阶模型的气动弹性快速预测方法研究

CFD/CSD耦合数值模拟是解决复杂气动弹性问题精度最高的方法,但同时也是计算效率最低的方法。研究了气动弹性系统的时域POD降阶模型方法,并引入平衡截断技术进一步降低时域POD/ROM的阶数,从而有效克服了时域POD/ROM阶数过高的缺点。以AGARD445.6机翼为例,说明了时域POD/ROM建模的各个细节,并将其用于气动弹性动响应及颤振边界的预测。计算结果表明,POD/ROM具有接近CFD/CSD耦合计算的精度,同时又大大提高了计算效率约1到2个量级。     

基于全隐式紧耦合算法的气动弹性数值仿真

为进行气动弹性问题的计算,提出了一种全隐式紧耦合算法,在子迭代过程中分别采用LU\|SGS隐格式和隐式线性多步法交替求解气动和结构方程,以获得物理时间域的高精度解。一种径向基函数和超限插值结合的方法被用来进行气动网格的快速变形。运用该算法,进行了Isogai wing和AGARD 445.6 wing的颤振分析,颤振边界的计算结果与文献值和实验值较符合,表明该全隐式紧耦合算法能够有效地计算气动弹性问题。
     

前缘切口参数对大型冲压式翼伞的性能影响分析

影响冲压式翼伞气动性能的主要参数除翼型结构参数外,还有翼伞前缘切口角度和前缘切口长度。为了更准确地找到冲压式翼伞前缘切口参数适用的工程应用范围,文章以某大型冲压式翼伞的基础翼型剖面为研究基础,通过改变前缘切口角度和前缘切口长度这两项重要参数,得到四种具有代表性的前缘切口参数的翼型剖面,并采用数值计算方法对其气动性能进行分析。研究表明:负攻角时,上翼面的压力梯度随前缘切口角度的增大而增大,而下翼面的压力梯度随前缘切口角度的增大而减小;正攻角时,前缘切口角度对上、下翼面的压力梯度没有太大影响;同时,随着前缘切口角度的增加,翼型最大升阻比也增大,但是会有一个临界值,而前缘切口参数对翼型俯仰力矩系数的影响并不大。文章的研究结果对翼伞的设计优化有一定的参考意义。     

前缘切口对冲压式翼伞的气动力影响

充压式翼伞是一种高性能的降落伞 ,其充气后的形状与飞机的机翼类似。翼伞前缘切口是翼伞区别于机翼的主要特征之一。文章利用CFD工具 ,对二维翼型剖面的切口模型进行了气动力计算 ,研究了两个切口参数 (切口角度和切口高度 )对翼型剖面气动力特性的影响。     

前缘切口对冲压式翼伞的气动力影响

充压式翼伞是一种高性能的降落伞，其充气后的形状与飞机的机翼类似。翼伞前缘切口是翼伞区别于机翼的主要特征之一。文章利用CFD工具，对二维翼型剖面的切口模型进行了气动力计算，研究了两个切口参数(切口角度和切口高度)对翼型剖面气动力特性的影响。     

身-翼-舵组合体高超声速变攻角颤振计算

推广和发展了原来只能用于二维升力面的当地流活塞理论,形成可解决包括弹身、弹翼、舵面、身-翼组合体、身-翼-舵组合体大攻角颤振计算的新方法。其中气动力计算采用CFD数值仿真与工程算法相结合的方法,求解结构运动方程时则利用状态空间法进行时域仿真。对某身-翼-舵组合体型号的计算表明该型号颤振动压随马赫数和攻角都呈现先增加后下降的变化趋势;在大马赫数和大攻角作用时,颤振动压有明显的下降;在较小攻角状态下颤振动压不降反升,与传统文献报导单独分枝颤振动压随攻角增大而单调下降不同,表明复杂外形组合体的气动弹性稳定性受到多种因素的共同作用,颤振特性更加复杂。计算结果表明弹体稳定性与飞行姿态相关,同时也证明了本文方法在高超声速复杂外形飞行器提气动弹性分析中的有效性。     

基于Volterra级数降阶模型的气动弹性分析

采用Volterra级数进行非定常气动力辨识,建立了基于状态空间的非定常气动力降阶 模型,耦合结构方程,建立了降阶的气动弹性系统和气动伺服弹性系统,开展了颤振分析和 颤振主动抑制的初步研究,计算效率提高了2～3个数量级。通过气动弹性标模AGARD445.6和 气动伺服弹性标模BACT算例验证,证明降阶方法正确,可以提供高效、高精度的气动弹性 分析。
     

自适应翼型的计算和分析

计算并讨论了不同马赫数（Ma）和攻角(α）下简化的自适应翼型的舵面偏转角的规律。计算中采用代数方法生成计算网络，用有限全积法离散二维可压缩流动的Fuler方程，采用了矢通量分裂Van-leer格式离散无粘通量，用隐式的时间积分和多重网格加速收敛。用数值优化方法取得自适应翼型最优的舵面偏角，并计算其气动特性。为验证自适应翼型增益的效果，计算了双目标优化翼型的气动特性，本文计算了对称圆弧翼型和NACA65A006翼型。计算结果表明，自适应翼型比双目标优化的翼型有更好的气动特性。     

基于柔顺机构的新型可变形机翼设计方法研究

机翼翼型变体技术可以根据任务和环境自适应地改变机翼形状、厚度、弯度等重要参数,使飞机在不同飞行状态下都能取得较理想的气动特性。柔顺机构是实现机翼蒙皮光滑变形的驱动装置,相比传统液压机构具备质量特性好的优势。采用鱼骨型柔性钢架与四连杆机构实现了机翼前缘上下蒙皮向内收缩、前缘形状由钝变尖的弹性变形过程。通过设计“撞块”机构实现驱动行程的有效分解,解决了前缘尖端开口处蒙皮回收与机翼变形控制所需的驱动行程不一致的内在矛盾。变形后翼型与目标翼型误差最大位置不超过4 mm,变形过程中结构最大应力小于材料许用应力值。相比传统采用纯液压机构驱动的变形机翼设计方案,该基于柔顺机构的变体机翼结构减质14.1%。     

两种翼型螺旋桨ARA-D和S1223的等离子体增效实验研究

文章首先基于雷诺相似理论,在地面螺旋桨实验平台上开展ARA-D翼型螺旋桨微秒脉冲等离子体增效三维实验,结果表明,等离子体对螺旋桨拉力增效效果随着脉冲频率增加而减弱,而螺旋桨转矩受等离子体影响随拉力增效效果增加而减弱,拉力、效率最大增幅分别达到10.79%、11.56%。而后基于雷诺相似理论及叶素理论,在低湍流度风洞开展S1223翼型螺旋桨叶素微秒脉冲等离子体增效二维实验,结果表明等离子体激励提高了翼型各叶素拉力,其中根部与尖部叶素表现尤为明显。二维实验结果可为三维实验激励器展向排布方案提供理论依据。2种实验结果均表明,等离子体射流可以有效抑制翼型表面流动分离。     

某高亚声速鸭式导弹超临界对称翼型设计研究

为改善高亚声速导弹气动性能,提出了超临界对称翼型概念。该翼型具有前缘钝圆,表面平坦,型面面积大等特点。在跨声速、小攻角状态下,翼型表面大部分区域为超声速区,有效防止了激波出现并减轻了边界层分离程度,进而提高了阻力发散马赫数和升阻比。针对某高亚声速鸭式导弹,采用CFD(computational fluid dynamic)软件求解N-S(Navier-Stokes)方程的方法和基于翼型特征的参数描述(PARSEC)方法优化设计了一种超临界对称翼型,并将其应用于鸭舵和尾翼设计。最后,进行了导弹全弹外形的跨声速风洞试验。结果表明:使用超临界对称翼型的高亚声速导弹具有良好的升阻特性。     

钝化唇缘对超声速混压式进气道性能的影响

在高速旋转条件下,利用二维轴对称N-S方程对唇缘钝化的超声速弹用进气道内外的复杂流场进行了数值模拟,所得流场结构清晰.湍流模型为RNG k-ε两方程模型,数值格式为一阶迎风格式.获得了在设计马赫数下不同外罩唇缘钝化半径对进气性能参数的影响.研究表明,在唇缘钝化半径合理增大的情况下,进气道的稳定工作范围变宽,总压恢复系数提高,唯一不利因素为进气道总阻力有所增大,证实唇缘钝化后的进气道能满足固冲增程炮弹的使用要求.     

Aeroelastic characteristics of cantilever wing with embedded shape memory alloys

In this paper, the effect of embedded shape memory alloy (SMA) wires on the natural frequency, flutter, limit cycle oscillation (LCO) amplitude and aeroelastic stability margin of a rectangular cantilever wing are investigated. Wings are modeled in accordance to classical plate theory (CPT) as well as first-order shear deformation plate theory (FSDT) and large deflection Von Karman plate theory. The effects of pre-strain, temperature and number of SMA wires on aeroelastic characteristics are considered. Significant improvements in aeroelastic behaviors due to the in-plane load of the SMA wires are obtained.     

再入弹头非对称气动力研究

本文通过六自由度弹道方程数值模拟了再入弹头非对称气动力和非对称静、动导数对弹头滚转异常的影响;阐述了非对称气动力及非对称静、动导数产生的机理。本文利用作者建立的近似计算和数值计算方法,计算了典型的非对称再入弹头的气动力,定性分析了非对称气动力随弹头几何参数的变化规律,对再入弹头设计有重要的参考价值。     

带鸭翼的弹性高超声速飞行器非线性控制

高超声速飞行器纵向静不稳定、非最小相位和突出的弹性效应等特性给飞行器控制系统设计带来严峻挑战。针对该问题,文中采取鸭翼作为附加俯仰控制舵面与升降舵进行联动控制的策略,以改善高超声速飞行器的非最小相位特性和严重的弹性效应,从而达到提高控制性能的目的。首先,给出了考虑弹性模态的高超声速飞行器动力学模型;其次,研究了鸭翼对飞行器非最小相位特性以及弹性模态响应的影响,并给出合适的鸭翼布局位置和鸭翼/升降舵联动增益参数;最后,采用基于反馈线性化方法和LQR理论的非线性控制器对弹性飞行器进行控制,对比分析了鸭翼联动控制对闭环控制性能的改善作用。研究结果表明,合理的鸭翼配置可以缓解系统的非最小相位特性带来的不利影响,同时避免了控制输入对特定弹性模态的激励,从而达到提高弹性高超声速飞行器控制性能的目的。     

基于微观图像及内聚力模型的复合材料裂纹扩展模拟

为研究材料微观结构及晶界强度对材料力学性能的影响,在晶界处引入内聚力单元模型,模拟晶间破坏过程。以ZrB_2-SiC复合材料为研究对象,将其扫描的微观结构图片进行矢量化处理,并导入ABAQUS有限元软件中建立模型,同时在其晶界处,设置内聚力单元模拟晶界破坏过程。通过改变Zr B2与Si C相界面强度,得到了晶界及材料不均匀对材料应力分布及裂纹扩展的影响。结果表明,由于晶界的存在,材料内部出现应力分布不均匀现象并产生应力集中。随着晶界强度的改变,裂纹起始位置及扩展方向发生改变,且裂纹沿低强度的界面进行扩展。随着ZrB_2-SiC界面强度增大,材料的强度提高,拉伸模量不变。     

导弹翼面随机有限元法及程序研究

讨论两种应用于导弹翼面结构的随机有限元法及其计算程序，试算表明，本方法与程序可适用导弹翼面结构的可靠性预测与可靠性设计。     

Nonlinear aeroelastic analysis of high-aspect-ratio wings in low subsonic flow

In this study, aeroelastic characteristics of high-aspect-ratio wing models with structural nonlinearities in quasi-steady aerodynamics flows are investigated. The studied wing model is a cantilever wing with double bending and torsional vibrations and with large deflection ability in accordance with Hodges–Dowell wing model. This wing model is valid for long, straight and thin homogeneous isotropic beams. The aerodynamics model is based on quasi-steady aerodynamic which is valid for aerodynamic flows without wake, viscosity and compressibility effects. The effect of different parameters such as mass ratios and stiffness ratios on flutter and divergence velocities and limit cycle oscillation amplitudes are carefully studied.