航天飞机在再入段的亚音速空气动力特性的一种有效算法

本文采用吸力比拟原理,结合基本解的数值计算方法,用来计算航天飞机机翼从小迎角到大迎角(a=0°～30°)的亚音速纵向气动特性;而对零升阻力和机身气动特性,则用工程估算方法计算。由于目前的航天飞机,一般为下单翼的复杂外形翼-身组合体,根据文[9]的原理,可忽略翼-身干扰对纵向气动特性的影响。 本文导得可以计及涡效应的任意平面形状边条机翼的亚音速气动特性的计算公式,亦可计算尖梢机翼的展向升力分布。公式中所需的位流系数可采用涡格面元法进行数值计算来获得,压缩性效应则通过位流系数来计及。 本文计算了多种机翼和航天飞机的气动特性。与实验数据比较表明,本方法具有方法简便、计算快速和计算结果具有设计精度的优点,是计算航天飞机亚音速气动特性的一种有效方法。可供航天飞机初步设计使用,亦可作为航天飞机气动优化设计系统中的子系统。经过适当推导,本方法可推广应用于亚音速前缘的超音速情况。     

激波风洞中三角翼体模型的大攻角气动力测量和局部方法的应用

在激波管风洞中,模型自由飞方法测量了两种不同迎风面三角翼体模型的大攻角气动力。应用局部方法以一种迎风面外形的实验结果为依据,估算了另一迎风面外形的气动特性,结果与实验值吻合较好。另外,本文还进一步估算了航天飞机外形的气动特性,与美国的 CALSPAN 公司48英寸(1.2米)激波风洞中的实验值相比,结果也令人满意。从而表明,局部方法和实验相结合。用于简捷快速估算任意外形的高超声速气动特性是一有效的工程预示方法。     

航天飞机驮机空气动力学——航天飞机的空气动力学问题之七

根据美国航天飞机驮机空气动力学的研究结果,本文简要地介绍了轨道器/驮机空气动力学的高阶面元法理论计算,风洞模型试验,仿真和飞行试验。风洞模型试验是建立轨道器/驮机气动数据库的基础,仿真是确定分离程序和训练驾驶员的有效方法,飞行试验是轨道器/驮机的驮运、分离和进场着陆气动性能的最后验证。研究试验表明:飞行试验与风洞试验和仿真结果符合得较好。合理地改装现有大型运输机,可以较好地完成航天飞机轨道器的驮运和进场着陆试验任务。     

航天飞机的粘性干扰效应——航天飞机的空气动力学问题之二

航天飞机在55公里高度以上飞行时,处于高马赫数,中、低雷诺数的粘性干扰区(粘性干扰参数(?)=0.005～O.08)。传统的无粘流/边界层修正法(3DV)已不适于计算无粘/有粘强干扰的情况,而要采用全粘性激波层的 PNS 法。本文简要的介绍了美国航天飞机研制过程中采用的3DV 和 PNS 的计算方法,对航天飞机简化外形和钝锥体的粘性干扰效应进行了分析和讨论。研究结果表明,PNS 法是解决航天飞机高超声速粘性干扰效应的较为有效的数值模拟方法。     

水陆两用飞机翼尖小翼外形参数优化

在机翼翼尖加装小翼可以增升减阻,但小翼外形的不同设计参数对诱导阻力的减少程度大小不一.本文利用AVL软件分析了水陆两用飞机带不同小翼的机翼气动性能,并用实验设计的方法研究小翼外形的不同参数对机翼阻力系数的影响.本文提出了用两级响应面模型构造机翼阻力系数和小翼外形参数的回归模型,并对这个回归模型进行优化以得到最优的外形参数.本文把这个结果和用遗传算法优化得到的结果相比较,结果基本一致,说明本文提出的两级响应面模型及其优化方法是可行有效的.     

航天飞机的气动热——航天飞机的空气动力学问题之四

轨道器的热防护系统是航天飞机研制中的主要技术关键。本文简要地介绍了美国 Shuttle-1航天飞机轨道器研制中所遇到的有关气动热的几个主要问题,包括再入气动热环境的预测、非平衡和表面催化效应、边界层转捩影响、背风面加热和缝隙加热以及激波干扰加热等。并对用风洞试验、工程计算和数值模拟方法所得到的轨道器气动热的预测值与飞行试验的实测结果作了比较和分析。最后对需要开展的航天飞机气动热的研究工作提出了建议。     

二维不可压内流湍流附面层分离流的预测

本文采用适合于内流的准同时粘性/无粘性流匹配模型,快速求解二维通道内的不可压湍流附面层分离流动。无粘流采用由复变函数论的Plemeli公式推导的面元法;粘性流动区采用Head积分法求解。文中给出了两个算例。结果表明:所采用的准同时粘性/无粘性流匹配模型,不但可有效地克服分离形成的奇异性,而且收敛速度快,稳定性好。在湍流分离阶段,其预测结果与实验值基本吻合。文中还讨论了形状因子及表面摩擦系数关系式对预测结果的影响,形状因子经验关系对预测有比较明显的影响,而表面摩擦系数经验关系对预测无显著影响。文中还提出了改进模型的方向。     

再入端头烧蚀外形照片量化处理方法的研究

本文研究了再入端头烧蚀外形照片的量化处理方法,它有效地利用了实验结果,得到了烧蚀外形非定常的变化历程,烧蚀表面后退率以及烧蚀后物面的微观粗糙度.这种量化处理方法和高速摄影技术一起实现了整个烧蚀外形非定常变化历程的无接触定量测量,为气动烧蚀现象的研究提供了有力的手段。     

航天飞行中的稀薄气体动力学

飞船、宇航探测器、航天飞机等复杂外形航天器给气体动力学，包括稀薄气体动力学提出了新的要求。本文简要介绍了为计算过渡领域中气动力与热而发展的基于位置元概念的DSMC方法的通用算法。该方法解决了计算物面通量量的技术难点并已用于模拟圆球、飞船、类航天飞机的绕流。正在进行的航天实践，如麦哲伦飞船对金星的探测、行星大气中的气动制动、伽利略飞船的木星之行、尾屏蔽在太空中获得高真空的实验等等提出了新的气动力问题，稀薄气体动力学和DSMC方法是有力的工具。     

乘波体气动性能综合优化

提出了用欧拉方程求解基本外形的流场,利用高超声速线化摄动方法求出外形微扰动影响量,然后以修正后的外形作为下一步的基本外形,对外形反复进行渐近优化修正,以实现对乘波体上表面进行全三维整体优化的设计方法。本文的优化设计还考虑了上下表面优化的相互影响、低速性能以及操稳特性的要求,从而得到综合优化的乘波体整体气动性能。     

A Rapid Analysis Tool for Aerodynamics/Aerothermodynamics of Hypersonic Vehicles

A rapid engineering surface panel method to analyze aerodynamics and aerothermodynamics of hypersonic vehicles is developed.To obtain the surface pressure distribution of a hypersonic vehicle,the local surface inclination method is applied to calculate the pressure coefficient for each surface panel element,of which the normal vector is corrected first by using an efficient data structure and Rey-casting algorithm,local Reynolds numbers are calculated according to the geometric streamline method,then the aerodynamic heating flux is computed by both reference enthalpy relations and Reynolds analogy method.Several typical test cases are performed and the results indicate that,the developed tool is effective in predicting the aerodynamics/aerothermodynamics for complex geometry of hypersonic vehicle in a wide range of Mach numbers with a sufficient accuracy.     

一种适合于工程应用的准C~1连续Bézier三角曲面及其构造方法

本文比较系统地讨论了Clough-Tocher三角形分割模型在Bézier三角曲面设计中的作用。并从工程应用的角度提出了一种以Clough-Tocher分割为基础,旨在原三角形区域上构造9参数Bézier三角曲面的新方法。这种新的9参数插值不仅能够消除Clough-Tother分割产生的畸变插值区域对插值曲面品质的影响,还能够有效地减轻一般9参数三次Bézier三角曲面片之间的尖端连接。本文将从工程应用的角度把这种插值曲面称为准C~1连续的9参数Bézier三角曲面。在一些实际应用中,这种准C~1连续的插值曲面对3D离散数据的拟合效果是令人满意的。     

新型碳纤维格栅夹层结构模拟研究

新型飞行器机体构件的设计要求在所允许的有限重量下实现结构超轻型化。格栅夹层结构是当前国际上最有前景的新一代材料结构之一,已开始应用于航天结构。为分析三角形点阵格栅结构的受力性能,本文通过解析分析,用连续体模型模拟平板状格栅结构,得到各种不同尺寸下格栅结构的解析通解。经与ABAQUS有限元软件模拟试验对比,这种方法可将误差控制在较小范围内。与在相同重量条件下传统的蜂窝夹层结构相比较,进行三点弯曲模拟试验,三角形格栅结构具有更高的抗弯性能。     

飞机复合材料气动冲击响应抑制技术研究

由于高频涡流的作用,飞机局部复合材料构件承受面外气动冲击载荷,产生累积疲劳损伤.本文通过在复合材料壁板表面粘贴压电驱动器,采用传感器测量构件在气动冲击下的响应,应用自适应振动前馈原理,控制驱动器的驱动应变,从而抑制其动态响应,达到减小累积疲劳损伤的目的.试验结果表明,主要模态的应变幅值能够得到有效抑制.     

三维散乱点的c~1曲面插值及应用

本文介绍了一种对三维散乱点插值的二次Bernstein-Bezier c~1曲面构造方法。首先,不规则分布的3D数据点{(x_i,y_i,z_i),i=1,2,3,…,N}被投影到X-Y平面上,并按本文提出的能够处理任意区域内不规则分布点的三角化算法,自动形成平面三角形插值网络。然后按照所形成的三角形网络和网络结点处的函数值,分别估计出每一数据点上的一阶导数值。最后本文给出了用二次多项式表示的三角形网络上的Bernstein-Bezier c~1曲面插值公式,并指出了这一曲面插值模型在某些应用领域的广阔前景。     

用推力矢量控制技术改进超声速飞行器空气动力特性

为了提高某超声速飞机的空气动力学效率和机动性能，本文采用低阶的三维板块法和DATCOM半经验公式，在亚声速和超声速条件下，对不同马赫数和迎角情况计算了基本气动外形的飞机空气动力学特性、表面压力分布以及最大升力。此外还开发了一套软件以实现由引进的先进气动操纵面（如鸭翼等）控制的二维推力矢量技术。试验结果表明：气动操纵面结合推力矢量技术能够产生足够的低头力矩，且有能力满足高度机动飞行时的稳定性要求。此外，不论是亚声速还是超声速飞行，气动操纵面均可以提高气动效率5％-6％。     

OPTIMAL DESIGN AND AERODYNAMIC CALCULATION OF WING CONFIGURATION OF CIVIL AIRCRAFT

ＯＰＴＩＭＡＬＤＥＳＩＧＮＡＮＤＡＥＲＯＤＹＮＡＭＩＣＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮＯＦＷＩＮＧＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮＯＦＣＩＶＩＬＡＩＲＣＲＡＦＴ￥ＷａｎｇＬｉａｎｇｙｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｅｒｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ＮＵＡＡ２９ＹｕｄａｏＳｔｒｅ...