旋转流场下的振荡动导数试验技术研究

为研究飞机在旋转流场下的非定常气动特性,中国空气动力研究与发展中心低速所在Φ5m 立式风洞开展了旋转流场下的振荡动导数试验技术研究。本文推导了在旋转流场下识别组合动导数的方法,介绍了试验设备,获得了在旋转的同时,由振荡产生的3个组合动导数,并对试验结果进行了分析与讨论。将单自由度动导数结果与Φ3.2m 风洞试验结果进行了对比,旋转/振荡耦合试验结果表明:旋转运动使得俯仰组合动导数变得不稳定,而对于横向组合动导数,大转速则会显著增大非线性。该试验技术能够为研究旋转流场下的非定常气动特性提供一个有效的试验平台。     

Φ5m立式风洞旋转天平试验装置研制

Φ5m立式风洞旋转天平试验装置是为开展飞机尾旋特性研究而研制的重要基础设备,主要用于测定模型在绕风轴以不同速率作等速旋转状态下的气动特性,为飞机尾旋特性的分析和预测提供必要的气动参数.该装置采用双立柱弧形轨结构形式,采用网络一体化试验管理和控制模式,不但能够开展旋转天平试验,而且还具备动导数试验、大迎角试验、旋转/振荡耦合试验等功能.主要介绍旋转天平试验装置系统组成和设计,分析了引导性试验结果,最后给出了结论.     

旋转天平试验和飞机尾旋预测

本文阐述了研究飞机失速／尾旋的重要性和研究尾旋的方法，介绍了哈尔滨空气动力研究所研制的旋转天平试验装置和校准模型的试验结果以及如何应用旋转天平试验数据预测飞机尾旋特性。     

CARDC旋转天平风洞试验系统

旋转天平风洞试验系统主要用于风洞中测定飞机模型在不同姿态角时绕风轴以不同旋转速率作等速旋转状态下的气动特性，为飞机尾旋特性的分析和预测提供必要的气动系数。本文简要介绍了中国空气动力研究与发展中心低速所的旋转天平风洞试验系统的总体方案、试验能力和性能。文中给出了校验模型试验的主要结果，对试验数据的精准度进行了简单的讨论。校验模型试验结果表明，本试验系统给出的旋转状态气动力系数的精准度达到了较高的水平，具备了应用于型号试验和有关气动力研究的基本条件。     

立式风洞尾旋技术改进及试验验证

为降低立式风洞尾旋试验系统对飞机自由尾旋试验结果的影响,开发了一套适用于尾旋模型的舵面遥控系统、优化了模型悬挂系统,研究了悬挂系统对飞机尾旋特性的影响.研究结果表明:研制的模型操纵面控制系统具备任意操纵面组合偏转的能力,可以满足飞机尾旋试验要求;悬挂系统各部件重量和外形变化对旋转角速度略有影响,对飞机尾旋迎角、尾旋改出方法、尾旋改出圈数等影响很小.     

旋转流场下飞机大幅滚转振荡时的动态横向气动特性实验研究

在气动院FL-8风洞中,采用旋转流场下单自由度振荡机构进行了旋转流场下大幅滚转运动的动态气动特性实验研究.模型在绕风轴连续旋转的同时进行给定频率和振幅绕体轴的滚转振荡运动,测量了模型的动态气动特性,着重分析了不同运动参数对模型气动特性的影响.结果表明,旋转速度的存在使大幅滚转振荡试验中的滚转力矩和偏航力矩发生平移,同时使滚转力矩和偏航力矩的迟滞特性发生明显的变化.     

立式风洞全视场尾旋姿态测量技术研究

尾旋运动是飞机的一种非正常的极限飞行状态，复杂并且危险，极易造成飞行事故。在立式风洞中开展尾旋实验是研究尾旋现象的主要技术手段之一，目的是为了获取实验过程中模型飞机的姿态角，用于对其尾旋特性进行分析。针对尾旋实验运动状态的特点，以及双目测量系统在以往实验应用中的缺陷，设计了一种全视场测量方案，并围绕其关键技术问题开展了研究，使用编码标记识别技术实现特征标记的自动识别，通过基于刚体的三维重建技术实现模型姿态的测量，采用基于共同基准平面的数据标定方法实现多视角姿态数据的有效融合。通过立式风洞尾旋实验验证了该技术的有效性及可靠性，实验结果曲线完整，图像利用率达到了95%，为尾旋运动特性分析提供了更加丰富的数据支撑。     

某改型飞机时差动导数对尾旋时间历程估算的影响

提供了利用欧拉方法计算的某改型飞机尾旋时间历程结果,文中比较了使用和没使用洗流时差动导数数据对计算结果的影响,说明洗流时差动导数数据在这种模拟计算中是非常重要的,它使计算结果更合理。     

飞机稳定尾旋的改出规律研究

研究稳定尾旋的改出方法，即寻求一种操纵规律，可以使飞机从一种稳定状态（稳定尾旋）跳到另一处非失速稳定状态。从系统的全局稳定性观点出发，构造了李雅普诺夫函数，根据输入操纵第一时刻该函数增长速度最大条件，保证尾旋改出过程中飞机振荡状态的频率接近其固有频率，从而救是飞机稳定尾旋的改出规律－－振荡型改了操纵规律。本文静放求解飞机运动的六自由度的方法计算出尾旋改出的时间历程，验证了用简单的三舵面回中难改出稳     

展望系统辨识方法在大攻角气动问题研究中的应用

在分析了目前进行飞行器大攻角气动特性研究所采用的尾旋风洞试验、常规风洞自由飞试验和遥控模型自由飞试验的优缺点之基础上指出:把系统辨识方法与这些试验方法结合起来,是一种行之有效的研究飞行器大攻角气动问题的技术途径,它可以简化这些试验方法的一些技术环节,提高试验精度。若气动数据来源于尾旋风洞,这种新方法只能研究飞机的发展尾旋和改出尾旋;若气动数据来源于常规风洞,这种新方法也只能研究飞行器的大攻角、偏离、过失速和失速性滚摆/滚转模态;只有通过模型自由飞获取气动数据,这种新方法才有可能研究包括尾旋全过程在内的各种大攻角飞行模态。     

旋转导弹风洞动态测力试验技术研究

常规风洞静态气动力测量技术无法得到旋转导弹的非定常气动特性数据，需要研究在风洞中模拟旋转导弹运动特征以及对气动力实现动态测量的试验技术。在1.2 m量级超声速风洞中，研究了大长细比导弹模型旋转运动主动控制技术以及与旋转运动对应的动态测量试验技术。采用旋转导弹模型（长细比为20）对建立的试验技术进行了风洞试验验证。结果表明:采用微型驱动系统并对旋转组件与导弹模型进行一体化设计，可以对大长细比导弹模型转速进行稳定控制；建立的风洞动态测力试验技术可以对导弹模型旋转运动下的动态数据进行测量，试验数据重复性精度良好。     

高超声速风洞流场中的气流旋转影响及消除

风洞实验需要高品质的来流，但部分高超声速风洞由于加热器特性可能导致流场中存在气流旋转，为了消除或减小旋转，提出了在风洞稳定段前加入反向旋转气流来抵消气流旋转的思路。为验证该思路及了解高超声速流场中旋转程度总体效应，设计了一种带翼模型和高精度滚转力矩天平。在Φ0.3m高超声速低密度风洞中进行了M6、总压约2×105Pa、氮气常温时（电弧加热器不通电）多种进气条件下的滚转力矩测量实验，结果表明流场中存在旋转，滚转力矩系数C_l最大为1.657×10-3，采用约2%总流量的反向气流可达到滚转力矩系数降低2个数量级的效果，为提高风洞流场品质提供了较为有效的解决措施。     

内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术研究

在高速风洞中对内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术进行了研究,弹舱长深比(L/D )为6.5。分析了舱门开闭动态试验风洞模拟准则,研制了气缸驱动和电机驱动两种舱门开闭运动机构,发展了舱门开闭动态试验测试技术与数据处理方法,获得了舱门运动特性及武器舱系统动态载荷特性。本文给出了 Ma =0.6,Re =1.28×107/m 的试验结果。研究结果表明:运动机构设计合理,气缸驱动与电机驱动两种方式均可实现舱门的快速开闭运动,采用电机驱动时,舱门运动速度可在较宽范围内调节;测试系统可靠,可准确获得高速气流条件下舱门开闭过程中的动态载荷及舱门运动规律;数据处理方法可行,获得了测点的能量分布特性及频谱特性,并对弹舱流场及舱门动态载荷特性进行了研究。     

基于大型结冰风洞的航空发动机结冰与防冰试验技术

航空发动机结冰和防冰过程复杂,数值计算无法对其进行准确模拟,因此试验研究是发动机研究过程中必不可少的手段。我国首座大型结冰风洞已具备开展飞机翼段结冰试验的能力,有必要进一步发展航空发动机结冰与防冰试验技术,以满足下一步我国航空发动机型号设计与适航取证的需求。依托3 m×2 m大型结冰风洞,发展了进气模拟技术和热气供气技术,提出了一套结冰风洞试验流程及方法,并针对某型航空发动机进气部件开展了结冰风洞验证试验。结果表明:试验可真实模拟发动机内外流耦合和压气机引气防冰状态,且提出的结冰风洞试验流程及方法合理可行,实现了试验动态过程监测及进气道内流场压力测量,为下一步我国航空发动机结冰防护系统设计与安全适航符合性验证提供了技术支撑。     

一种翼身融合布局飞行器的偏离特性分析

为研究某翼身融合布局飞行器的偏离特性，在南京航空航天大学回流式低湍流度开口风洞中进行了飞机模型的大迎角静态测力试验。通过对试验结果的充分挖掘，利用横航向静稳定性判据、侧滑偏离判据、横向控制偏离参数以及Weissman组合判据进行分析，获得了飞机的大致初始偏离迎角和偏离区域，并对飞机的尾旋敏感区进行了预测。同时，利用风洞虚拟飞行试验技术进行三自由度释放验证。结果表明:该翼身融合布局飞行器的横向静稳定性较差，在很小的迎角下就可能出现非指令滚转运动，这也是造成偏离发散的主要原因；而虚拟飞行试验对偏离现象有较好的复现，与通过稳定性判据得到的偏离特性具有较好的对应关系，验证了虚拟飞行试验在偏离特性研究上的可靠性。     

CAARC高层建筑标模动态测力研究

CAARC高层建筑标模的动态测力试验在南京航空航天大学NH－2低速风洞中进行，在均匀流场中以及模拟大气边界层中分别测量了模型的动态气动力和力矩的平均值，均方根值，峰值，试验目的是为检测NH－2风洞的大气层边界模拟技术，动态天平，测试仪器以及动态数据采集和处理系统，试验结果表明，CAARC标模的所有动态气动特性在NH－2中的测量值与国外部报导的结果符合得较好，因此，NH－2风洞的大气边界层模拟技术，动态天平，测试仪器以及动态数据采集与处理系统可以承担高层建筑方面动态测力试验任务。     

短钝外形飞行器自由振动动导数试验技术

为研究短钝外形飞行器的动稳定特性,基于自由振动动导数试验方法在1.2 m量级亚跨超声速风洞中建立了动导数测量试验技术。通过新设计的弹性铰链和轴承铰链解决了短钝外形飞行器弹性支撑和低频振动模拟问题。利用新建立的试验装置研究了马赫数、迎角、减缩频率对动稳定特性的影响。在短钝外形飞行器气动力特点下,新设计的弹性铰链能够满足模型支撑和振动需要,轴承铰链的支撑方式可以在风洞中模拟接近实际减缩频率的振动。在亚跨超声速风洞中完成了某短钝外形飞行器俯仰动导数的测量,获取了俯仰动不稳定状态点,为此类飞行器的动稳定特性研究提供了试验基础。     

暂冲式高速风洞流场控制系统建模与仿真

为满足中国空气动力研究与发展中心的2.4m跨声速风洞流场品质改进的需要,有必要建立一个高效的风洞流场控制模型作为控制器设计的验证平台。由于难以建立精确的空气动力学模型,且2.4m 跨声速风洞长期运行积累了大量的试验运行数据的实际,数据建模成为建模方法的首选。在硬件上,建立了基于反射内存技术的流场控制仿真系统,以获取现场采集的数据。建模方法采用数据建模方式,主要是利用系统辨识理论,将整个系统看成是一个“黑箱”,利用现场采集的数据来确定系统的参数和输入输出间的映射关系。采用以非线性自回归滑动平均模型(Non-linear Auto-Regressive Moving Average Model with Exogenous Inputs,NARMAX)作为风洞系统的数据模型,应用互信息法、曲线拟合法和伪最近邻点法分别确定了模型中采样间隔、时间滞后以及阶次3个参数。对比了最小二乘线性回归、BP 神经网络以及最小二乘支持向量机(LSSVM)3种方法对模型的拟合效果,确立了最小二乘支持向量机作为最终的拟合方法。为了提高仿真的精度,根据风洞运行的特点,将其整个过程划分为冲压、启动和调节3个阶段,分别建立了各个阶段的子模型。由于风洞系统是一个多输入多输出系统,并且延迟和阶次较大,采用了基于信息熵的数据压缩方法,实现了简化子模型规模的目的。最后,采用多模型融合的方法将各个阶段的子模型通过加权的方法来完成融合,从而构建起整个风洞系统的模型。稳定段总压和驻室静压分别通过所建模型得到,最后通过马赫数的计算公式得到试验段马赫数值。仿真结果表明:所建模型在运行包络线范围内的试验工况下,总压预测精度达到0.1%、马赫数预测精度基本达到0.001,达到了研究的目的。该项工作的开展较为系统地建立了暂冲式风洞的流场控制模型,建立的模型将为下一阶段基于现代控制理论的控制器设计奠定基础。