螺旋桨滑流对飞机纵向气动特性的影响研究

采用螺旋桨飞机动力模拟风洞试验技术及粒子图像测速技术，研究双发常规布局涡桨飞机的螺旋桨滑流对飞机纵向气动特性的影响规律。通过测力风洞试验研究螺旋桨不同位置处滑流对飞机的升阻特性、力矩特性及平尾下洗等纵向气动特性的影响，利用PIV技术研究测力试验优选桨盘位置的飞机部件典型剖面受滑流影响时的流场变化情况。研究结果表明，螺旋桨下沉后滑流对飞机升阻特性的不利影响最明显，螺旋桨前伸和安装角由正变负时滑流对飞机的升阻特性均有改善，而螺旋桨前伸在飞机失速迎角附近对升力特性的改善更为明显。     

螺旋桨滑流与平尾深失速效应耦合影响试验研究

本文采用螺旋桨飞机动力模拟风洞试验技术，研究常规布局涡桨飞机的螺旋桨滑流在大迎角条件下对飞机纵向气动特性的影响规律。中航气动院FL-9风洞中通过伺服电机驱动螺旋桨转动进行螺旋桨动力模拟风洞试验，试验迎角范围0°~50°，试验风速范围为30~50m/s。为了获得大迎角试验数据，常规迎角试验采用常规单支杆进行试验，大迎角试验采用带预弯的支杆进行试验。利用螺旋桨滑流风洞试验研究在大迎角时平尾深失速效应与滑流的耦合影响规律。研究结果表明，螺旋桨滑流会使得试验模型升力和阻力增加，纵向静稳定性降低，并且在大迎角条件下依然满足这些规律。此外，在较大迎角时平尾进入滑流与机翼洗流的耦合影响区域后，滑流会使得平尾失速效应加剧并且平尾更难从失速状态中改出，即受平尾深失速影响的迎角范围会更大且平尾深失速效应加剧。     

螺旋桨滑流对飞机机翼流场影响试验研究

为了揭示螺旋桨滑流的发展规律和滑流对飞机各部件的干扰机理 ,很有必要精确测量滑流区不同截面的流动参数 ,研究滑流对飞机各部件表面压力的影响。本文介绍了在4m× 3m风洞应用该风洞配备的空间流态测量与显示系统 ,对某运输机螺旋桨滑流流经的空间区域多个截面的流动参数以及滑流对飞机机翼流场的影响进行了测量和研究。研究结果表明 ,螺旋桨滑流对飞机特别是机翼流场有明显影响 ;滑流区的空间流场测量与显示特别有助于对滑流的发展规律和滑流对飞机各部件干扰机理的研究     

带螺旋桨飞机模型风洞实验洞壁干扰修正

带动力实验进行洞壁干扰修正时，必须考虑螺旋桨滑流的影响。运用等效动压法和壁压信息法对运八飞机带螺旋桨模型风洞实验数据进行洞壁干扰修正，分析洞壁对带螺旋桨飞机模型试验数据的影响并对不同修正方法进行了比较。两种修正方法的修正结果基本一致，壁压信息法能实际反映洞壁干扰影响，但壁压信息法需要进行准确的壁压测量，增加实验工作量；等效动压法是以经典的洞壁干扰修正公式为基础，考虑了螺旋桨滑流的影响，而且带螺旋桨飞机模型实验的攻角一般在中等攻角以下，不会出现像大攻角那样的分离特性，因此这种方法有较好实用性。     

近平静/波浪水面地效飞机气动特性风洞试验

为研究波浪水面地效飞机气动特性的变化规律，在Φ3.2 m低速风洞开发了新的试验技术，以模拟地效飞机飞越1 m实际浪高水面时的气动特性。研制了具有一定上下升沉和前后平移行程的固定波浪地板，模拟螺旋桨带动力地效飞机在起飞、巡航、着水等状态飞经波峰、波谷、中立位置等相位时的气动性能。在现有水平活动地板基础上，采用在水平活动带表面设置2个周期波形的方式研制了活动波浪地板，通过活动波浪带的周期性循环运行，模拟地效飞机不断飞越波浪的情况，其模拟相似性更高，可以更加准确地模拟地效飞机与波浪之间的相对运动。利用固定水平地板、固定波浪地板和活动波浪地板装置模拟空中、近平静水面和近波浪水面飞行状态，获得了地效飞机无动力和螺旋桨带动力条件的气动特性风洞试验结果。研究结果表明:螺旋桨带动力和地板对地效飞机起飞和着水状态气动性能具有很强的耦合影响，并非简单的叠加关系；地效飞机在波浪的不同相位上方时，升阻性能和俯仰力矩均存在较强变化，影响飞行平稳性。     

螺旋桨径向力风洞试验方法研究

螺旋桨飞机的研制设计过程中,必须了解和掌握动力系统对飞机气动特性的影响.螺旋桨动力系统对飞机的影响主要包括螺旋桨拉力和扭矩、气流斜吹螺旋桨产生的径向力以及滑流影响.螺旋桨径向力的风洞试验在国内尚属探索研究阶段,本文结合型号研制实际应用,对气流斜吹螺旋桨产生的径向力的机理和试验方法进行了研究探索,提出了一种以螺旋桨直接模拟法为基础的螺旋桨径向力风洞试验方法,并通过理论和试验方法完成了试验结果的相关性修正、全机对螺旋桨径向力的上洗等干扰修正,获得了可以满足工程研制使用的螺旋桨径向力数据,可为同类的螺旋桨飞机总体气动布局设计提供参考.     

多涵道无人机设计及悬停性能数值仿真

针对无人机空中自主对接和组合飞行任务需求设计了6涵道螺旋桨无人机气动构型。运用数值模拟对该型无人机进行悬停工况气动特性研究，研究不同悬停转速下整机气动性能的变化，并在涵道环括工况下对螺旋桨进行气动优化。研究结果表明：螺旋桨是悬停升力的主要来源，随着转速变化，涵道升力始终占总升力的17%左右；阻力来自机体上表面和电机支架的迎风阻力，支架的阻力达到涵道螺旋桨总升力的10%；随着桨盘载荷提升，无人机功率载荷降低；涵道的存在影响了螺旋桨的滑流特性，造成桨盘平面轴向速度增加，截面翼型迎角变小，工作效率降低，经过合理调整其扭转角分布螺旋桨效率得到提升，拉力提高3.3%，效率提高2.9%。     

低速风洞带螺旋桨动力模型支架干扰实验研究

本文给出了 FL-8风洞中螺旋桨处于不同位置的三个飞机模型支架干扰实验结果,分析了影响带螺旋桨动力的飞机模型支架干扰的因素。实验表明,由于螺旋桨滑流的诱导和夹带作用,使腹撑支杆附近的气流沿轴向加速;由于模型支杆的存在,将影响螺旋桨滑流的空间位置和尺寸,这些都将影响支架干扰量的大小,因此,一般不能用无螺旋桨动力模型的支架干扰数据代替有螺旋桨动力模型的支架干扰数据。实验结果还表明,滑流存在对阻力、俯仰力矩支架干扰有一定影响,其影响量与螺旋桨的位置和拉力系数有关。滑流对升力、滚转力矩和偏航力矩支架干扰无明显影响。除单发右停顺状态外,滑流对侧向力支架干扰无明显影响。     

低速风洞滑流试验中的几个影响因素与修正方法探讨

螺旋桨飞机带动力模型的风洞实验结果的准精度远较无动力实验差。在采用了先进的高转速大功率螺旋桨驱动电机及稳转速控制系统后,情况大有改善。但对不同期实验结果的吻合性仍无明显改进。本文基于螺旋桨飞机模型风洞实验动力模拟原理和基本的实验方法,对带动力实验过程中影响实验重复性精度的各种因素进行了分析,指出风洞温度、大气压和速压偏差是影响风洞滑流实验准精度的三个主要因素。并给出了三个影响因素对实验结果影响的修正方法。实践证明,按文中提供的滑流补偿实验法进行实验可以基本消除因风洞温度和大气压变化对实验结果的影响。速压偏差影响也可以按文中提供的数据处理方法得到较为满意的修正。考虑上述修正后,不同时间的滑流实验的准精度可与无动力实验相比,特别对阻力分量的准精度的提高尤为显著。     

滑流对飞机俯仰静稳定裕量影响及平尾优化研究

螺旋桨飞机的滑流是影响飞机气动性能的重要因素。某飞机初始方案试验数据表明:在起降构型大拉力情况下，该机存在中小迎角俯仰静不稳定现象，严重影响飞机飞行安全。为提高飞机中小迎角俯仰静稳定裕量，通过对飞机气动数据的深入研究，对俯仰静稳定裕量降低的原因进行了分析，结果表明:中小迎角出现俯仰静不稳定的主要原因是迎角变化过程中平尾进出滑流影响区，导致平尾效能出现明显变化。结合飞机布局特点，提出了降低平尾高度的方法，减小动力不利影响。经试验验证，该方法能明显改善飞机中小迎角下俯仰静稳定性，有效扩展飞机小迎角俯仰稳定范围，使其满足总体设计要求。     

开口壁式涵道螺旋桨气动特性数值模拟

涵道共轴双螺旋桨以其结构紧凑、气动效率高、气动噪声低、安全可靠等性能和结构优点,已经被作为一种推力或升力装置广泛地应用到飞行器设计当中。涵道共轴双螺旋桨作为涵道共轴多旋翼飞行器的主升力系统,为了进一步提升其功率载荷和抗风性,文中采用数值模拟方法对其在悬停状态、轴流状态和斜流状态下的气动特性进行了计算分析。提出了开口壁式涵道螺旋桨的主升力系统构型,并对其气动性能进行了计算,得出了开口壁式涵道螺旋桨相比涵道共轴双螺旋桨所具有的优势。     

多学科优化中基于实例推理的气动近似模型

为提高飞机多学科优化效率,对气动近似计算模型进行了改进。在比值修正模型所构造的气动近似模型的基础上,引入了基于实例的推理技术对其加以改进。通过采用与飞机气动特性相关的参数作为实例属性,建立了飞机方案实例,并改进了实例检索公式,最后通过复用与当前方案最相似实例的修正因子改进了优化中的气动近似模型。以常规布局民用飞机概念设计为例,采用改进的气动近似模型进行了多学科优化研究。结果表明,对于具有大量设计变量的飞机方案优化问题,采用改进的气动近似模型能够有效提高计算精度与优化效率。     

小型螺旋桨飞机动力装置特性试验研究

小型螺旋桨飞机的动力装置一般由活塞式发动机和螺旋桨两个主要部分组成。本文用实验验证和理论计算的方法，研究了活塞式发动机和螺旋桨性能传统的估算方法所得到的数据与实测结果之间的偏差，并进一步研究了发动机和螺旋桨性能参数的不同匹配对整个飞机动力装置特性的影响。研究结果表明，传统的估算方法对于装小型活塞式发动机的螺旋桨飞机也是适用的。用传统的估算方法所得到的各种性能数据与实验测试数据比较，相对误差的最大值均低于１０％，这对工程应用来说，是可以接受的。文中还用试验数据和试飞实例说明了对动力装置匹配参数加以优化的重要性。     

飞行器隐身与气动外形综合优化设计初探

雷达散射截面已成为飞行器设计的一个重要战技指标。由于ＲＣＳ和气动特性都与飞行器的外形密切相关，故外形设计时要兼顾隐身与气动力等多方面的因素。本文以对飞行性能影响较大的纵向气动力系数作为约束条件，某方位的ＲＣＳ均值最小作为目标函数，对飞行器隐身与气动外形的综合优化设计方法作了初步探讨，并给出了应用示例，得到了比较合理的结果。     

大雨对飞机气动性能的影响

大雨是影响飞行安全的重要天气因素，进场着陆的飞机由于遭遇暴雨而失控坠毁的事故经常发生。为此国外自８０年代起开展了模拟降雨环境下的风洞实验研究以确定大雨对飞机气动性能的影响。本文主要介绍国外在此领域进行的研究工作以及中国民航飞行学院在此方面的研究计划。     

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抗角机翼融合设计，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离，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、高升阻比、大失速攻角及良好的纵横向和侧向静安定性等优点，同时通过电磁模型在微波暗室中测试，在迎头和侧向的ＲＣＳ值（雷达反射截面）均有明显的下降。