微型扑翼飞行器扑翼/尾翼气动干扰的数值研究

以二维刚性约束条件下的微型扑翼飞行器模型为研究对象,在动网格技术基础上,应用非定常数值分析手段对比分析了单翼/纵列翼布局的气动性能,深入研究了纵列翼缩减频率、扑翼—尾翼无量纲水平间距、来流攻角对其气动性能的影响.结果表明:①纵列翼尾翼对扑翼产生正效应干扰,相对于单翼布局,扑翼—尾翼无量纲水平间距为0.5倍翼型弦长时的纵列翼布局的推力系数和推进效率分别增加28.7%和5.7%;②缩减频率是影响推力的关键参数,随着缩减频率的增加,脱落涡的强度增加,推力系数增大.对于单翼、纵列翼两种布局模式,当缩减频率在1.0附近时推进效率达到最优;③对于纵列翼布局,在扑翼—尾翼无量纲水平间距为1.1倍翼型弦长时推进效率达到峰值;④在0°~20°来流攻角变化范围内,随着来流攻角的增加,升力系数增加,推力系数减小,当来流攻角大于9°时,两种布局的推力均为负值.      

斜置平板的低速风洞实验研究

利用油流法和烟线法相结合的流动显示技术对不同斜掠角和迎角组合下的斜置平板进行了流场显示和和天平测力实验研究.油流显示结果揭示了斜置平板表面分离流动和再附流动的流动特征;烟线显示结果则揭示了斜置平板周围的涡系结构,从而解释了油流显示中所观察到的现象.通过天平测力,我们得到了斜置平板的滚转力矩特性和升力特性.实验结果表明:在小迎角下,随着模型斜掠角度的增加,一条展向发展的涡流动生成于模型的后掠段,该涡流动使滚转力矩保持为相对较小的正值;大迎角下,从斜置平板模型的前掠尖点生成了一股沿展向发展的涡流动,且随着模型斜掠角度的增加,涡流动的影响范围从模型的前掠段扩展到了后掠段,从而使滚转力矩先减小后增大.     

有翼飞行器大攻角分离涡模拟

基于势流方程,采用涡格法和三维离散涡相结合,模拟具有升力面分离涡的大攻角弹冀、弹体、尾翼组合体绕流。该方法适用于高亚音速、小攻角或大攻角有翼飞行器的压力分布、法向力和压力中心等气动特性的数值计算,并具有显示三维涡流场的能力。     

飞行器动态气动特性研究的问题

本文介绍了飞行器动态气动特性研究的几个问题,包括:大攻角动稳定性的提法;大攻角动稳定性风洞试验技术;大攻角非定常气动力的典型特性;和大攻角非定常气动力风洞试验技术等.这些问题关系到飞行器安全飞行包线和飞行器的机动性和可控制性,因而,在新一代先进飞行器的研制过程中越来越受到重视.     

弧形翼的动态气动特性研究

 对带弧形尾翼某导弹模型的实验研究表明,具有该种配置的导弹在以平衡攻角为中心俯仰振荡时,动稳定形态随来流马赫数 Ma∞ 变化,呈现非线性特点;亚音速时,稳定在平衡攻角状态;超音速时,存在临界马赫数 Macr,出现极限环运动。对俯仰振荡过程中的实验模型进行了流态显示。     

尾翼稳定大长径比无控旋转火箭弹的锥形运动与抑制

分析了尾翼稳定大长径比无控旋转火箭弹的锥形运动,指出由旋转诱导产生的面外力和面外力矩是锥形运动产生的原因.小攻角时,面外力和面外力矩主要是马格努斯力和马格努斯力矩.根据正、反装卷弧形尾翼及平板形尾翼外形滚转特性的风洞实验结果,指出通常采用的正装正向旋转的卷弧形尾翼会使锥形运动加剧;将卷弧形尾翼反装且反向旋转是抑制和减小大长径比无控旋转火箭弹锥形运动的有效措施.     

三维高超声速边界层中eN方法的应用

针对e N方法中的鞍点法(SPM),结合内波理论,提出了一种简便算法.并用该算法计算了一个由平板、圆锥、圆柱3部分组成的模型以马赫数为10的速度在高度位于30~45km之间、攻角为0°和10°的工况下N值分布情况.结果表明:高度的增加会使转捩位置向下游移动,转捩面积会变小甚至消失;与攻角为0°相比,攻角为10°会使迎风的平板部分转捩发生的可能性增大,转捩面积也会变大;对于背风处的圆锥部分,攻角为10°却会减弱转捩发生可能性,使得转捩面积变小,甚至消失,而且转捩位置也会变化.     

火星大气非平衡条件下驻点热流计算公式的探讨

针对目前绝大多数火星再入飞行器驻点热流公式未考虑热力学非平衡效应故而适用性及准确性存疑的问题,分析了典型的零攻角驻点热流公式Fay-Riddell公式在火星再入飞行器热力学非平衡驻点热流计算中的局限性;然后采用数值计算方法,对涵盖火星再入飞行器飞行状态的大范围计算状况开展了热力学非平衡模拟,并对模拟得到的驻点热流公式进行拟合,得到了适用于火星再入飞行器热力学非平衡条件下的零攻角驻点热流计算公式;利用Mars Pathfinder飞行数据对公式进行了验证,计算表明,对于验证的计算状态,该公式的计算误差小于10%,符合工程预估的可接受误差范围。     

斜置机翼变构飞行器纵向操稳特性分析

以一类斜置机翼变构飞行器为研究对象,分析了变构对其气动特性和运动状态的影响及其操稳特性。运用牛顿-欧拉法建立了飞行器多刚体纵向动力学模型,突出了斜置机翼变构时所产生的模型差异;基于动力学模型,研究了斜置机翼变构对飞行器气动特性和飞行状态的影响规律;结合飞行器的气动数据对飞行器纵向操稳特性进行了分析。结果表明：对于机翼整体质心与机身质心在x₁O₁z₁平面重合的斜置机翼飞行器,机翼旋转变构对飞行器整体只产生了绕z轴方向的附加力矩,总的附加力为零;变构过程改变气动压心位置,使飞行器产生静不稳定;由于飞行器不同状态下对舵偏的传递函数中阻尼系数过小,导致飞行器的超调量和调节时间异常,需要进行修正。     

含灰气体平板气动加热实验研究

利用灰尘激波管入射激波后平衡区两相流开展平板传热实验。在低灰尘负荷率，来流分别为亚声速和超声速流条件下测量平板在零攻角及小攻角情况沿轴向的热流分布。     

Aerodynamic investigation of twist angle variation based on wing smarting for a flying wing

In this paper, the effects of twist angle variation on aerodynamic coefficients and flow field on the wing with wing smarting approach are studied using numerical simulation. The simulation was performed using incompressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations based on the two-equation k-ω Shear Stress Transport (SST) turbulent model for flow speed 30 m/s and a Reynolds number of 69000. Investigations have been carried out for several twist angles and at a specific range of angles of attack. The twist applied is the type of geometric twist (wash-out), which is linearly distributed along the span. The test case is a lambda-shaped tailless aircraft with a wing fracture on the trailing edge, and a sweep angle 56°. The results show that with increasing twist angle, the aerodynamic efficiency improves over a wide range of angles of attack, but at 0° angle of attack it will decrease significantly. By increasing the angle of attack, the effect of twist on the flow field and aerodynamic coefficients will gradually decrease; hence, at a certain amount of angle of attack, the effect of twist will stop, that angle is called the neutral brink angle. Longitudinal stability analysis shows that by growing the twist angle, the conditions required for longitudinal stability are satisfied, and the pitch-up phenomenon will be delayed.     

旋转舵面的尾迹流动现象

近年来在探空火箭、战术地地弹、地空弹及反坦克弹上广泛采用弹体绕纵轴旋转的方案,它可以克服非对称因素,并简化控制系统的设计。采用鸭翼控制的这种飞航式导弹的转速一般都比较低,每秒仅有几转到几十转。舵面随弹体旋转后引起的Magnus效应在飞航导弹设计中是很重要的因素。这方面的研究国内外已做了不少工作并取得了相当的成绩,但舵面旋转的尾迹流场如何?这一尾迹对导弹的尾翼如何影响?至今我们没有查阅到有关实验资料。本文目的在于利用实验手段观察旋转舵面的尾迹流态,为旋转式飞航武器设计提供定性分析意见。     

旋翼滑流对倾转旋翼机飞机模式下气动特性的影响

建立了考虑旋翼桨叶形状、桨叶片数、桨距和转速等因素的等效桨盘模型,该模型中桨叶对气流的作用被等效为时间平均的源项添加到控制方程中,并通过两个算例验证了模型的有效性。对V-22倾转旋翼机飞机模式高速巡航状态下的全机三维流场进行了数值模拟,分析了旋翼流场特征,定量给出了滑流对气动力系数的影响量。计算结果表明:旋翼滑流明显改变了机翼表面的压力分布,使全机升力系数增大,最大升力系数增量为4.6%;0°迎角下滑流使阻力系数减小了29%,而4°迎角后,滑流使得阻力系数增大,在14°时增量达到了32%;俯仰力矩系数的变化量为4.6%。进一步研究发现,滑流对平尾下表面压力系数分布产生较大影响,而对垂尾影响则较小。      

旋转对弯扭涡轮叶片前缘气膜冷却的影响

基于热色液晶(TLC)测温技术,开展了转速(攻角)和吹风比对弯扭涡轮叶片前缘区域气膜冷却效率分布影响的实验研究。实验中涡轮转速分别为400 r/min(正攻角)、550 r/min(零攻角)和700 r/min(负攻角),平均吹风比为0.5~1.25。冷却工质采用氮气,对应的射流-主流密度比为1.04。基于涡轮动叶弦长的涡轮出口主流雷诺数为60 800。实验结果表明:转速是决定涡轮叶片前缘气膜冷却效率分布最重要的参数之一。随着转速的增大,滞止线的位置会从压力侧(PS)移动到吸力侧(SS)。当吹风比相同时,面平均气膜冷却效率随转速的增大而逐渐增大；当转速相同时,面平均气膜冷却效率随吹风比的增大而增大。      

小宽高比钢桁架悬索桥颤振稳定气动措施的试验研究

以某主跨730m、宽高比小于4的钢桁架加劲梁悬索桥为研究对象,通过风洞试验考察了上中央稳定板、下中央稳定板、下横梁稳定板、导流板、双中央稳定板、双下稳定板等气动措施对主梁颤振临界风速的影响。结果表明：选取一定的尺寸（或角度）,上中央稳定板能大幅提高0°和3°迎角下的颤振临界风速;下中央稳定板能大幅提高0°和-3°迎角下的颤振临界风速;下横梁稳定板对颤振临界风速的影响较小;主梁两侧栏杆上的稳定板能在一定程度上提高颤振临界风速;在桥面上下同时安装中央稳定板对于各个迎角均能大幅提高颤振临界风速;在下横梁上布置双稳定板,能在一定程度上提高0°和-3°迎角下的颤振临界风速,但同时降低3°迎角下的颤振临界风速。     

鸭式布局导弹滚动气动控制方案及力矩分析

本文讨论了鸭式布局导弹滚动力矩特性。由于鸭式舵面偏转在稳定尾翼附近诱导一个非对称下洗流场。尾翼上产生反滚力矩。通过理论分析,提出一种新的尾翼布局形式,经风洞实验证明了新布局形式明显地减少了反滚力矩,提高了鸭式副翼的效率,特别是消除了零攻角附近的副翼反效现象,从而为鸭式布局导弹外形设计提出一个有利气动外形。     

不同尾翼灵巧子弹气动特性实验研究

从无伞灵巧子弹稳态扫描的必要条件出发,设计了轴向折叠和径向折叠两种尾翼类型的子弹气动外形。设计了模型和实验装置,进行了小迎角低速风洞实验。获得了模型在固定和旋转条件下的气动力数据,测量了模型在气动力作用下的转速,对模型的稳定性进行了分析。实验结果表明：模型采用轴向折叠尾翼,能够设计足够有效的迎风面积和增阻效果良好的翼面形状,维持较为稳定的转速,具有良好的旋转稳定性;采用径向折叠尾翼的模型,增阻效果不明显,稳定旋转能力较差。实验结果为无伞灵巧子弹的设计提供了重要参考。     

一种高超声速进气道加速自起动的实验方法

为了探寻在地面常规暂冲式风洞中开展高超声速进气道加速自起动实验的可行性,提出了基于前遮板的高超声速进气道连续变攻角加速自起动实验方法。该实验方法通过将安装有前遮板的进气道模型在风洞实验段整体从极限正攻角旋转至极限负攻角,前遮板会产生激波对远前方气流减速,或产生膨胀波对远前方气流加速,而位于前遮板下游的进气道即可获得加速自起动过程所需连续加速的来流条件。通过数值仿真对所提出的加速自起动实验方法进行了验证。研究结果显示:以2(°)/s的角速度整体旋转基于前遮板的高超声速进气道模型,其起动马赫数与高超声速进气道自身加速自起动马赫数相差在1%以内,表明基于前遮板的高超声速进气道连续变攻角加速自起动实验方法能够被用于在常规暂冲式风洞中开展高超声速进气道加速自起动实验研究。      

大迎角自动进近短距着陆综合控制设计及仿真研究

飞机在大迎角下进近可以减小飞机进近着陆的速度,从而减小飞机着陆时的滑跑距离。本文根据国外大迎角短距着陆的研究[1,2]给出了一种大迎角自动短距着陆方案。该方案应用了飞行与推进协调控制的方法设计了自动着陆控制系统和一套控制律,实现了进近飞行时的低速稳定和精确的航迹控制。对于反旋机动,利用全状态反馈,实现了机尾高度的精确控制。仿真结果表明该方案切实可行。     

低背鳍对细长平板三角翼大迎角空气动力的影响

 对细长体平板三角翼和加上两个不同高度背鳍后的组合体在低速风洞进行了六分量天平测力实验，三角翼后掠角82.5°，背鳍当地高度与模型当地半展长比值分别为0.3和0.6，实验迎角范围12°～32°，包括1.66×10.6和2.33×10.6两个雷诺数。实验结果表明：0°侧滑角下，在翼面上发生旋涡破裂前，单独细长平板三角翼的横向力及横向力矩在实验迎角范围内始终为零；加上两个不同高度的低背鳍后，在一定的迎角下，三角翼的横向力及横向力矩开始不为零，流场定常；在更大的迎角下，流场变得非定常。实验结果初步验证了前人关于细长锥体分离涡的稳定性理论，并给出了旋涡失稳后，随着迎角的增大，流场进一步发展的状态。