带升力风扇飞翼布局飞机机翼开口处二维气动特性研究

带升力风扇飞翼布局飞机不仅可实现垂直/短距起降,还拥有飞翼布局飞机的气动优点。为获得开口对机翼气动特性的影响规律,对平飞状态下机翼开口中心处的纵向剖面进行气动仿真,分析升力系数、阻力系数和力矩系数随来流速度和迎角的改变而变化的特性。结果表明:在迎角一定的情况下,随着来流速度的增大,阻力系数和力矩系数呈上升趋势;来流速度一定时,随迎角加大,升力系数增大,阻力系数先减小后增大;力矩系数随之减小,且一直都产生低头力矩。研究结果对开口位置和形状的进一步优化提供了依据。     

40°后掠角三角翼不同前缘形状对其气动特性影响的实验研究

通过风洞测力实验,研究了40°后掠角不同前缘形状对三角翼气动特性的影响。实验结果表明:前缘背风面倒角机翼的升阻比最大,而前缘迎风面倒角机翼的升阻比最小。相同前缘形状倒角机翼,其倒角值的变化对三角翼升力特性的影响不大。小迎角下,前缘迎风面倒角机翼的升力系数略高于其余不同前缘形状的三角翼。     

前、后掠机翼气动特性的对比实验

本文对λ=5,η=1、(?)=10%,前、后掠角分別为45°的机翼,在迎角α=0°～70°范围内进行了低速纵向特性的实验研究。为了深入了解气动特性,除了测量力和力矩外,还做了油流和烟流实验。实验发现,后掠翼在α=25°～30°、前掠翼在α=50°～55°范围内,气动特性出现异常变化(阻力不随迎角改变,升力急剧下降,力矩曲线斜率反向),并发现在较大迎角时机翼后缘出现后缘涡。文中除了比较和分析前、后掠机翼气动特性外,对气动特性的异常变化和后缘涡都作了说明或讨论。     

翼身组合体的地面效应

本文用涡格镜像法计算小迎角时翼身组合体的地面效应。在机身上分布离散的马蹄涡系(涡格)。在机身内部分布机翼的马蹄涡系对机身(圆)的镜像涡系。在机身表面分布空间源(汇)。若机身迎角不为零时,还要沿机身轴线分布二维偶极子。用这种翼身组合体的对地镜像来模拟地面的作用。本文主要研究小迎角的情况。故翼身组合体及其镜像均与地面平行。在TQ—16电子计算机上,用ALGOL—60语言编成程序,计算了翼身组合体在接近于地面时纵向空气动力特性,其结果为:升力曲线斜率随高弦比的减少而增加、低头力矩随之增加,压力中心也随着变化。     

旋翼自转状态在高速直升机升力转移过程中的应用

近年来高速直升机的方案日新月异、屈出不穷。但无论是哪一种方案都要解决导致直升机不能飞得更快的根本原因--气流分布的不对称性所造成的气流分离及激波问题。目前大多数高速方案都采用升力转移来解决这一问题，即从直升机模式由旋翼承担升力过渡到固定翼飞机模式由机翼承担升图示 。本文利用自转状态在相同临界迎角下可以承担更多升力的特点，提出将自转引入升力转移的过程中，并建立了速度与桨盘迎角的关系，研究了从正常直升机模态进入自转状态时的进入速度与桨盘迎角。通过算例说明将自转状态作为升力转移的过渡状态，可以达到减小机翼面积，从而降低机体重量，减小阻力的目的，并证明自转状态应用于升力转移过程中是实际可行的良好方案。     

非定常超音速侧滑机翼的气动力系数及动导数的数值计算

本文根据解超音速机翼反对称问题的点源分布法概念,在机翼平面上分布非定常超音速点源,并用特征线网格法进行离散数值解。本文在一般特征线网格法基础上发展了对具有侧滑角的任意平面形状非定常超音速机翼的数值解。按本文给出的具有侧滑角的非定常运动机翼的振型可计算出机翼作沉浮、俯仰、滚转诣振时的升力、力矩系数以及动导数(包括交叉导数)等。作为本文结果的特殊情况,即侧滑角等于零的正置机翼,按本文用非定常理论数值解对典型机翼计算出的动导数与传统的按准定常理论计算动导数的解析公式进行了比较和签定。结果表明本文的方法是令人满意的。     

扑翼飞行器机翼开孔对气动特性的影响研究

论述了扑翼飞行器扑动升力产生的基本原理,提出采用机翼开孔的方式获得扑动升力的方法.通过风洞试验研究了翼面开孔对机翼气动特性的影响,结果表明机翼开孔可以有效获得扑动升力,降低扑动功耗,但会损失一定的推力.采用正交实验方法对风洞实验进行设计,构建机翼气动力关于实验参量的二次响应面方程,并通过响应面方程对开孔机翼的气动特性进行评价.结果表明所设计的开孔机翼最大起飞重量与无孔机翼相当,但其低速飞行能力较好,功率消耗较少,有望实现悬停飞行.     

飞翼无人机低速着陆状态抖振响应研究

基于RANS方程和SST湍流模型,采用飞翼无人机升力系数判据、俯仰力矩判据和表面极限流判据等对抖振始发迎角度进行了预测估计。基于较为详细的结构模型和气动模型,构造了结构与气动的耦合求解技术,同时采用弹簧近似光滑和局部重构组合方法对气动的动网格技术进行更新;然后分别在时频域内分析了飞翼无人机的抖振载荷响应。研究结果表明:基于CFD的RANS方程、SST湍流模型及各类判据预计刚性飞翼无人机在低速大迎角状态下的抖振始发迎角可以得到较为合理的结果;采用升力系数判据、俯仰力矩系数判据预测的抖振始发迎角与表面极限流判据预测的始发迎角相比要保守一些;而表面极限流判据方法能给出翼面气流流动的细节,采用此判据可以分析对比不同迎角下的翼面气流流动变化情况;与气动弹性及嗡鸣响应相比,抖振是一种强迫振动,其响应频率并不单一。     

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。     

鸭翼后掠角对鸭翼展向吹气增升效果的实验研究

利用低速风洞测力、测压以及水洞流动显示实验,对一组由机翼前缘后掠角为50°与不同鸭翼后掠角的三角翼构成的近耦合简化鸭式布局模型,系统研究了鸭翼后掠角在有无鸭翼展向吹气情况下该布局的增升效果及规律性.实验结果表明:在机翼前加装一鸭翼,增大了布局的升力系数和失速迎角,增升量值决定于鸭翼涡和机翼涡在机翼翼面上的干扰情况,说明鸭翼可以作为一种涡控部件.在对鸭翼进行展向吹气时,随着鸭翼后掠角的增大,布局开始出现增升的迎角和升力增量开始减小的迎角均增大,但最大增升百分比在减小.这表明,要在大迎角阶段充分发挥鸭式布局的优势,应选用中等后掠角组合的布局.     

双三角翼压力测量实验研究

为了加大某型机航程、升限、延长留空时间,在原型机上采用双三角翼改进气动特性,以期提高该机性能,满足使用需求.在中国空气动力研究与发展中心高速所FL-24风洞,对某型机模型进行了压力测量实验研究,主要测量了机翼在不同M数,不同迎角下的压力分布,着重分析了模型在不同试验状态下机翼内、外翼流动及压力分布特性.实验结果表明:在亚、跨声速流动中,内翼压力系数Cp随迎角α呈非线性变化,外翼压力系数Cp随迎角α呈线性变化,在超声速流中,内、外翼压力系数Cp随迎角α呈线性变化,具有线性和非线性气动特性相结合的特点.在大迎角α时,内翼压力系数Cp值大于外翼相同迎角α下的压力系数Cp值,内翼占主导地位,小迎角α时,外翼压力系数Cp值大于内翼相同迎角α下的压力系数Cp值,外翼占主导地位,尤其在跨声速流中更为突出,兼顾了大小迎角之间的矛盾.超声速时,内、外翼压力系数Cp随迎角α变化规律优于亚、跨声速,兼顾了亚、跨、超声速气动特性.综合利用内、外翼特点,是改进某型机气动特性的一种行之有效的措施.     

地面效应下的不同翼型亚声速气动特性分析

采用数值方法研究了亚声速地面效应条件下不同翼型的气动特性,进一步以Ma=0.5来流工况为例,研究了翼型参数和飞行高度对气动特性的影响。计算结果表明在Ma为0.5、迎角为6°的地效情况下,翼型弯度减小,更容易在翼型前缘产生激波阻力;翼型下翼面后缘弯度增大使得后缘压力更高,升力系数和低头力矩相应增大;随着飞行高度的减小,地效作用加强,翼型下翼面压力增大,下翼面的升力增量大于上翼面吸力损失,机翼升力系数和升阻比增加越来越显著。     

基于等离子体合成射流的飞翼布局模型主动流动控制风洞实验研究

为探究等离子体合成射流对三维模型的流动控制效果和机理，在中等展弦比飞翼布局模型前缘布置等离子体合成射流激励器开展低速风洞实验研究。通过六分量天平测力，考察沿弦向、展向不同分布位置的等离子体合成射流对飞翼模型气动力和气动力矩的作用；采用PIV（Particle Image Velocimetry，粒子图像测速）测量模型表面流场分布，研究等离子体合成射流流动控制机理。结果表明:在飞翼模型单侧布置等离子体合成射流，能够有效改善其气动特性，并能产生附加的滚转力矩，滚转力矩系数变化量最高达到0.009；在飞翼模型左右弦布置等离子体合成射流，能显著增强飞翼模型横向稳定性，滚转力矩系数波动范围减小66.7%。沿弦向，等离子体合成射流位置离前缘越近，控制效果越好，距前缘0mm的激励器控制效果最好；沿展向，布置的等离子体合成射流越多，对模型的升力特性改善作用越明显，布置方式以均布为优。在失速迎角前后，等离子体合成射流的流动控制机理不同:在小迎角下，等离子体合成射流在前缘起到了使转捩提前的作用；在失速迎角附近，则加速了分离区的流动、减小了分离区厚度。     

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。     

亚、超音速细长翼身组合体大迎角气动特性的计算研究

本文提出了一种适于初步设计使用、具有良好精度的亚、超音速细长翼身组合体大迎角气动特性的综合性计算方法。对大迎角情况下的涡升力,采用吸力比拟原理计算;位流升力的计算,采用基本解的数值计算方法。关于机翼翼剖面头部圆度和涡破碎对涡升力的影响,进行经验性修正。翼身干扰的贡献,通过翼身干扰系数进行计算。并按文[4]原理,将亚音速计算方法推广到亚音速前缘的超音速情况。对几种机翼与翼身组合体的计算结果表明,本文方法具有方法简便、计算快速和符合设计精度要求的优点。     

某运输机加装失速条气动特性研究

为改善某运输机着陆襟翼构型失速急剧滚转问题，采用数值计算和风洞实验方法优选了机翼失速条的外形参数，并对气动力和流场特性进行了研究分析。以失速条高度H和安装位置距离前缘的长度S为设计变量，采用求解RANS方程的方法研究了失速条对着陆构型翼型二维特性的影响，表明S越小（即越靠近上翼面)失速迎角提前越多，H增大也能使失速迎角提前但敏感性小于S。失速条后方产生了分离气泡且随迎角增加而逐渐增大增长，在破裂后导致翼型失速提前，使升力线出现圆弧形的失速特征。设计了4种失速条在机翼上的平面布局方案，通过缩比模型风洞实验验证表明:40%半展长处展向长度2m，S=0的失速条使升力线由急剧失速变为平顶型失速并消除了失速后的不对称滚转力矩，将此失速条展长缩小一半的2种方案也不同程度地改善了失速形态，15%半展长处失速条对失速特性无明显改善，主要原因是气流分离从约40%半展长处开始发生，失速条安装在这一展向位置时才能发挥作用。     

自由机翼气动特性的实验研究

设计了一种新型的自由机翼。与常规固定机翼和旋翼不同，自由机翼通过一根展向旋转轴固定在机身上，可在俯仰轴线上自由旋转。在飞行时，相对气流的平衡迎角保持稳定不变。即使受到如突风等外界扰动影响，自由翼也能在扰动消除后很快自动恢复到平衡迎角，避免了常规固定机翼的失速问题。通过风洞试验，对带升降副翼控制的自由翼气动特性也进行了实验研究，验证了位于自由翼后缘的升降副翼可有效地控制自由翼相对气流的平衡迎角。     

弹性机翼刚度的静气弹敏感性研究

为保证大展弦比柔性机翼在巡航飞行时的气动性能够达到设计指标，需要在机翼气动外形设计阶段进行型架设计。机翼刚度对气动载荷有显著影响，是影响静气动弹性的重要因素之一。基于流固耦合方法开展变刚度型架外形设计鲁棒性分析研究，建立以机翼刚度为自变量的全机弹性气动导数评估模型，并以机翼扭转角及升力效率为约束，开展机翼刚度敏度分析。结果表明:垂直弯曲刚度、扭转刚度是影响机翼扭转角及全机升力效率的主要刚度特性；在机翼刚度变化不超过10%时可冻结型架外形；全机弹性气动导数与刚度比呈线性关系。研究结果可用于工程型号设计中的目标刚度静气动弹性评估。