带动力模型自由飞试验研究（螺旋桨飞机）

主要阐述带动力模型自由飞的技术难题，诸如相似准则、螺旋桨的动力模拟及滑流模拟、陀螺力矩的模拟、燃油变化对尾旋试验的影响以及模型的起飞与回收等问题。最后，以ＣＪ—６及Ｎ—５飞机带动力模型自由飞的失速／尾旋试验为例，说明解决问题的有效性。试飞证明，试验结果与真实飞机的结果相关性好。     

带动力模型自由飞试验研究

主要阐述带动力模型自由飞的技术难题，诸如相似准则、螺旋桨的动力模拟及滑流模拟、陀螺力矩的模拟，燃油变化对尾旋试验影响的以及模型的起飞与回收等问题，最后，以ＣＪ－６及Ｎ－５飞机带动力模型自由飞的失速／尾旋试验为例，说明解决问题的有效性，试飞证明，试验结果与真实飞机的结果相关性好。     

一种模型自由飞自主拉杆失速试飞方法设计

大气环境投放模型自由飞试验,是进行飞机失速试飞研究的一种重要手段。在失速试飞中,要求飞机进入失速的过程尽量缓慢,根据模型与飞机之间的相似准则,自由飞试验的减速率要求与真实飞机一致,而模型的响应速率却成比例增加。传统的模型自由飞试验中,依靠操纵手的目视判断和操控很难实现失速进入和改出的精确控制。为改善模型自由飞试验失速过程,降低失速过程减速率,文中提出了一种基于飞行控制系统自主拉杆的失速试飞方法,分析了该方法的关键因素,设计了自主进入失速和自主改出的控制策略,并通过飞行试验验证了该方法的可行性。     

小型通勤类飞机失速特性的自由飞验证试验研究

在对某小型通勤类公务机进行风洞实验预测时,发现飞机失速后其滚转特性会发生急剧变化。在分析该型飞机风洞实验结果的基础上,采用机翼加装失速条的失速特性方法,通过缩比模型自由飞试验进行飞行验证,分析在巡航构型和着陆构型状态下原始机翼和机翼加装失速条后的试飞结果。结果表明:缩比模型自由飞试验能够验证机翼风洞试验的预测结果,加装失速条的失速特性改进方法可以改善飞机失速特性。     

大型飞机的极限飞行状态研究

根据国家民用航空局的适航条款与咨询通告要求,飞机研制单位需表明飞机的失速/过失速特性以及改出特性,该项试验属于飞机的极限边界飞行和超包线飞行。原型机实施该项试验存在极大的风险,历史上出现过多起机毁人亡的重大事故。原型机缩比模型自由飞试验可以捕捉到模型静态测力试验条件下所未发现的飞行动态特性,以及检验飞机在危险状态下的改出能力,降低原型机失速试飞的风险。某大型飞机在失速试飞前利用模型自由飞试验技术检验了飞机在极限飞行条件下的动态特性,确认了飞机在失速条件下存在偏离以及发展稳定尾旋等;同时确认了飞机具备失速改出能力,采用“三中立”、“反舵,推杆”和“实施开反尾旋伞”均能迫使飞机改出失速/过失速状态。     

四发螺旋桨动力自由飞模型动力学特性分析

采用自由飞模型研究螺旋桨动力飞机失速特性时,为了模拟螺旋桨动力,必须采用带动力模型,而螺旋桨动态特性会影响自由飞模型的动力学特性。为了提高自由飞模型试验效率,研究了自由飞模型飞行品质以及螺旋桨动态特性对飞行品质的影响,采用静态气动数据,初步预测了模型的大迎角偏离特性。研究结果表明,自由飞模型螺旋模态不稳定,试验中必须设计相应的增稳控制律,螺旋桨拉力动态显著增加了自由飞模型的速度稳定性;迎角大于10°之后,横航向力矩系数非线性明显,12～14°可能出现操纵偏离。     

螺旋桨动力自由飞模型飞行仿真与试验技术

分析了螺旋桨对自由飞模型的模态特性影响,依据分析结果及试验要求,设计了自由飞模型控制律,建立了考虑螺旋桨拉力及滑流影响的自由飞试验仿真模型,并进行了仿真分析,最后,将设计结果应用于自由飞模型试验当中。飞行试验结果表明:螺旋桨有效地改善了模型的速度稳定性;控制律设计方法有效地辅助了完成了平飞以及转弯失速科目,适用于自由飞模型飞行试验;建立的动力学模型可对螺旋桨动力自由飞模型飞行试验过程进行仿真,并初步判断失速特性;模型的平飞失速失速迎角在10～12°,转弯失速迎角在8～10°。     

低速风洞带动力模型自由飞试验

为在风洞中模拟飞行器六自由度飞行的物理过程,获取飞行器流动/运动/控制耦合特性,对低速风洞带动力模型自由飞试验技术进行了研究。基于相似准则,在大型低速风洞建立了试验系统,利用纵向静不稳定的动力学相似缩比模型飞机,经过飞行控制律闭环控制增稳后,开展稳态飞行、施加标准激励验证飞行、控制律参数调整验证飞行、大迎角飞行等自由飞试验,并将试验结果与原型机飞行仿真结果进行了对比研究。结果表明,基于相似准则建立的低速风洞带动力模型自由飞试验系统,能够有效模拟飞机闭环控制飞行过程,试验结果准确反映原型机的稳定与控制特性。低速风洞带动力模型自由飞试验验证了原型机的飞行控制律,预测了其大迎角失速/偏离特性,形成了飞行器气动/飞行力学/控制一体化风洞试验研究能力。     

ARJ21-700飞机模型自由飞失速改出伞验证技术

主要介绍ARJ21-700飞机模型自由飞失速改出伞的飞行试验验证方法.首先介绍了试验的准备情况,包括试验总体方案、模型改装和地面试验;在此基础上,阐述了全尺寸飞机及其模型失速改出伞的确定方法,并根据所选定的失速改出伞的最佳组合参数进行了飞行试验.试验结果表明,在操纵杆回中情况下,失速改出伞能够使飞机快速改出深失速状态,可为飞机适航取证试飞提供技术支持.     

大型飞机研制与模型自由飞试验技术

大型飞机研制过程中需要进行静态测力风洞试验，获得飞机小攻角条件下的气动特性，但对于飞机失速偏离尾旋研究，静态测力试验是不够的，无法获得飞机在失速过程中的动态特性与过渡过程。模型自由飞试验是一种动态试验，是通过飞机缩比模型来研究飞机的失速偏离尾旋问题，包括风洞模型自由飞试验和大气模型自由飞试验。     

某型飞机无动力投放模型自由飞控制律设计

针对某型飞机无动力投放模型自由飞试验中,由于受载机螺旋桨滑流影响,模型与载机分离后发生滚转、难以保证水平飞行的问题,根据模型自由飞试验不同阶段的飞行特点开发了专用控制律,具备直接链、投放控制、失速尾旋3种控制模态。论述了控制律的设计过程,以及在模型自由飞试验中的应用情况。试飞结果表明,该控制律很好地解决了模型与载机安全分离和大迎角水平飞行控制问题,提高了模型试验动作精准度。     

考虑螺旋桨滑流的涡桨运输机失速速度的适航验证

涡桨运输机使用螺旋桨作为能量输出，滑流是螺旋桨飞机的重要特征，在适航验证时需考虑。失速速度是反映飞机气动特性的重要参数，在开展失速速度的验证时考虑滑流的影响尤为重要。分析了螺旋桨滑流对飞机气动特性的影响，根据涡桨运输机失速速度的适航规章条款CCAR25.103的相关要求，提出了涡桨运输机考虑滑流影响的失速速度的适航验证思路及具体的验证方法。以一型涡桨运输机滑流影响的风洞试验为例，给出了该型飞机在发动机慢车状态下，巡航构型时考虑滑流影响的纵向气动特性试验结果，试验结果进一步证明了在进行失速速度验证时考虑滑流影响的重要性，为失速试飞提供了依据。文中给出的验证方法为涡桨运输机的失速速度以及飞行性能和飞行品质相关的其它适航条款的验证提供了参考。     

多发螺旋桨飞机动力失速动态特性理论计算方法研究

本文针对多发螺旋桨飞机的特点,推导出用于分析多发螺旋桨飞机动力失速动态特性的计算方程,并用此方程研究了此类飞机带动力的失速动态特性,计算结果与飞行结论相符。 文中提出的理论计算方法,较全面地考虑了螺旋桨飞机所特有的动力效应,因此较准确地反应了多发螺旋桨飞机的动力失速特性。所以,它除了能分析多发螺旋桨飞机的动力失速外,对于研究飞机动力失速的全数字实时仿真和研究失速/尾旋飞行模拟器也有一定的参考价值。     

基于OpenFOAM的水陆两栖飞机水面高速滑行研究

在开源软件OpenFOAM的两相流动态解算器中添加了激励盘，数值研究了考虑动力影响的大型四发涡桨水陆两栖飞机在水面高速滑行时的典型力学特性。针对水陆两栖飞机的特殊性，全面考虑了飞机高速滑行时的水动力、气动力、地面效应以及螺旋桨的动力影响，较为真实地模拟了飞行器水上起飞的瞬时状态。首先，在interDyMFoam中添加了激励盘模型，以体积力的形式将螺旋桨旋转产生的动量注入流场，用以模拟飞机起飞时大拉力情况下滑流的动力学影响，较螺旋桨非定常模拟方法大幅减少了计算量。其次，对Wigley船体标模和螺旋桨单桨模型分别进行了考核，验证了OpenFOAM的水动力计算能力并确认了新加入的动态激励盘方法的可靠性。最后，利用建立的方法研究了水陆两栖飞机水面单断阶滑行过程中的气动力和水动力特性并给出了滑流和动力的影响规律。     

失速改出伞阻力特征面积估算方法

研究了高平尾布局飞机的气动特性。使用失速改出伞是飞机改出深失速的重要途径,但如何确定失速改出伞的关键参数(阻力面积等)却没有现成的方法。以ARJ21-700飞机为例,分别使用公式分析法、类比法综合估算出失速改出伞的关键参数,通过模型自由飞和模拟仿真分析验证其具有足够效能将飞机改出深失速状态。形成了一套新机失速改出伞的设计方法和关键数据图表,可供其他型号飞机失速改出伞的设计研制使用。     

阻拦索断裂对螺旋桨舰载机着舰安全影响数值分析

喷气动力舰载机着舰拦阻滑跑，如阻拦索断裂，其逃逸复飞的概率极小。螺旋桨动力舰载机零升阻力大，推重比小，其安全复飞的能力值得研究。本文基于建立的螺旋桨舰载机逃逸复飞仿真模型（含阻拦索工作模型、发动机动力响应模型、升降舵操纵模型与气动力的动力影响修正模型），数值模拟了E-2C舰载预警机着舰阻拦索断裂情况下，其逃逸复飞的过程。仿真计算显示对象飞机在不同气动力、离舰速度与舵面操纵逻辑状态下，其纵向动力学方程中敏感参数与航迹下沉量的动态变化，结合视频数据分析其复飞成功的原因。研究表明：动力对螺旋桨舰载机俯仰力矩与升力特性的影响是其逃逸复飞成功的关键。动力影响使对象飞机的俯仰力矩曲线上移0.15，8°迎角下纵向静稳定性减小85%，升力线斜率增大29.7%、最大升力系数增大39%。这显著改善了螺旋桨飞机逃逸复飞状态下俯仰操纵的敏捷性，升降舵操纵效率与失速特性。动力影响使螺旋桨舰载机可在较小的加速度、离舰速度与有限的留空时间情况下，迅速改变其航迹角，减小航迹下沉量，保证逃逸复飞安全。     

一种分布式电动飞机螺旋桨滑流影响机理

提出了一种分布式电推进螺旋桨飞机，采用二阶精度求解RANS方程的k-ω SST （Shear-Stress-Transport）湍流模型，基于多参考系（MRF）方法，针对低速特性进行数值模拟，得到了分布式螺旋桨滑流效应对全机气动特性的影响规律，重点对螺旋桨后方速度场及机翼表面压力分布进行分析。结果表明有滑流状态增加了全机升力和阻力，升力系数最大增量超过65%，且升力增量随迎角的增加而增大，改善了失速性能，增加了低头力矩；螺旋桨旋转增加了周向速度，改变了径向速度分布，增加轴向速度，高能量螺旋桨滑流改变了机翼当地升阻力特性；螺旋桨桨叶向上旋转一侧气流受上洗影响而局部迎角增加，另一侧局部迎角降低，越靠近桨盘位置，受螺旋桨洗流带来的影响越大；螺旋桨的旋转方向对螺旋桨两侧的机翼表面压力分布有较大影响，尤其是翼尖螺旋桨对全机气动性能影响较大。     

一种高效率螺旋桨设计方法

提出了一种高效率螺旋桨设计方法,该方法根据给定的飞行速度、螺旋桨转速、拉力、螺旋桨直径、桨叶数、翼型,能够计算出最大效率螺旋桨的几何特性,包括:桨叶的弦长分布、桨距角分布、效率、拉力系数、扭矩系数、功率系数.分别按爬升状态和巡航状态的工作参数设计了某型飞机的螺旋桨,得到了桨距角和弦长沿径向的分布.对螺旋桨的缩比模型(直径为0.84m)进行了风洞试验,风洞试验结果表明:螺旋桨在巡航状态的效率是83.02%,爬升状态的效率是79.13%.