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。     

水平风洞中开展飞机尾旋特性研究的理论分析

以某飞机尾旋特性为例,在水平风洞中利用具有3自由度的模型支撑装置开展飞机尾旋特性研究并进行理论分析;将基于3自由度装置的建模仿真结果与传统的6自由度飞行仿真、立式风洞尾旋试验结果进行对比,结果显示,三者具有较好的一致性;利用3自由度支撑装置开展飞机尾旋特性研究还可获得飞机尾旋进入和发展阶段的运动参数,可实现尾旋进入、发展及改出的全过程模拟。同时,研究了支撑装置曲杆惯量、机构摩擦和质心偏离等因素对飞机尾旋特性试验结果的影响,结果表明在曲杆及飞机模型设计时,需严格控制曲杆惯量和质心偏移,机构摩擦对试验结果的影响不大。     

立式风洞与立式风洞试验

尾旋是飞机的一种非正常的复杂旋转飞行状态,飞机尾旋研究在航空工程中属于比较冷门的专业。立式风洞是专门进行飞机尾旋研究等特种试验的风洞设施,这种风洞在飞机研发过程中与常规风洞相比使用率较低。对立式风洞和立式风洞试验进行简要的回顾和阐述,为相关飞机型号设计单位进行立式风洞试验、研究飞机尾旋特性与改出特性提供参考。     

发动机内部流量对飞机尾旋特性的影响研究

为了研究某型民用飞机的高涵道比发动机不同内部流量对飞机尾旋特性的影响,首次通过在飞机自由尾旋模型的发房内部添加能模拟不同通气流量的堵块,在尾旋风洞中进行自由尾旋试验和改出试验。通过试验发现,添加模拟不同发房通气流量堵块对模型尾旋中的攻角和偏航角速率没有明显的影响,对尾旋改出特性也没有本质的影响;但对模型在尾旋中的滚转角速率和侧滑角有影响,随着通气量的减小和阻塞效应的增大,滚转角速率和侧滑角随时间记录数据的振幅也在增加。而左右发房通气量的不对称对飞机模型的尾旋特性有明显的影响。     

大型民用飞机尾旋运动的系统辨识研究

为了研究某常规布局大型民用飞机的尾旋特性，首次利用一个满足动力相似的缩比模型在Ф5m尾旋风洞中进行研究试验，利用机载传感器所采集的模型运动参数来研判飞机模型的尾旋特性。目前，对于此类飞机模型尾旋运动中所承受的气动力矩研究还十分缺乏，以飞机模型尾旋试验结果为基础，采用飞机六自由度运动学方程来还原模型在尾旋运动中所承受的气动力矩系数，同时利用常规风洞测力试验结果来检验所还原的气动力矩系数的可靠性。进一步采用多元高次方程对模型尾旋运动进行了系统辨识研究，建立了能辨识飞机在尾旋运动条件下的气动力矩系数的数学模型，成功的辨识了重要的气动力系数的导数(Cmα,Cmδe,Cmq,Cnβ,Cnδr,Cnr,Clβ,Clδr,Clp)，与相关参考值比较显示其结果具有较高的可信度。     

飞机尾旋三维测量试验的改进方法

飞机尾旋试验是研究飞机进入尾旋特征以及提出如何改出尾旋的方法。传统测量飞机尾旋运动姿态的实验自动化程度低、人工操作复杂费时,因此针对这些问题开发了一套基于特征点测量的改进方法。主要是基于机器视觉的三维测量原理,能动态测量飞机模型的三维特征点并计算出模型的各个姿态角度。在标记检测时采用了新的标记检测方法,提高了标记布局及图像识别的灵活度;姿态角的计算是根据坐标系转换而得到的。根据改进方法研制的系统操作简单、整个测量过程只需30min左右;并且数据有效率控制在90％以上;姿态角的精度控制在±1°以内。该系统在中国空气动力研究与发展中心立式风洞中的飞机自由尾旋实验中得到了很好的应用。     

民用飞机反尾旋研究与尾旋风洞试验

为了研究某民用飞机A采用舵面组合偏转法的尾旋改出特性,对大攻角静态测力试验结果进行了详细分析,并利用美国NASA兰利研究中心所研发的TDPF～[(I_x-I_y)/mb~2]判据法对飞机的尾旋改出特性进行了评判。通过尾旋风洞试验对采用舵面组合偏转法飞机尾旋改出特性进行了试验验证,试验结果表明反舵推杆法对常规布局运输飞机改出尾旋效果最佳。此外,为了提高飞机的试飞安全,需要加装反尾旋伞系统,而研制一款合适的反尾旋伞对保证飞机试飞安全是至关重要的。通过使用国际上公开的研制反尾旋伞资料中所提供的方法研制了不同面积大小,不同伞绳长度的反尾旋伞,并通过尾旋风洞试验检验了这些反尾旋伞的效果。结果显示:随着反尾旋伞面积的增大,改出效果越好;中等反尾旋伞伞绳长度改出尾旋效果最佳。     

大型民用飞机模型Ф5m立式风洞尾旋特性试验研究

为了研究某常规布局(大展弦比、后掠翼、翼吊式发动机)大型民用飞机的尾旋特性,制作了一个满足动力相似准则的无动力缩比模型,在Ф5m立式(尾旋)风洞中首次进行了大型民用飞机模型在不同构型、不同重心位置、不同重量、模拟不同飞行高度条件下的尾旋研究试验。试验结果表明,这架飞机的尾旋特性良好,模型在尾旋运动中比较稳定,旋转方向不发生改变,且旋转速度较慢。采用反舵(到底)推杆(到底)法可以满足所有状态下的尾旋改出,模型最快能够在不超过1/2圈或1s中改出。此种改出方法操作简便,是一种适合于大型民用飞机的尾旋改出方法。通过反尾旋伞试验确定了最佳的反尾旋伞参数。     

飞机失速/尾旋特性飞行仿真方法研究

针对飞机失速/尾旋特性飞行仿真中的一些关键问题,包括气动力建模、风洞试验数据使用和飞行动力学模型建模等,提出了相应的解决方法 :采用多维数据组形式的非线性气动力模型建模;对于组合舵偏的旋转效应的附加气动力,采用单舵偏叠加的方法得到风洞试验数据;飞行动力学模型必须采用六自由度仿真模型等。将这些方法应用于某算例飞机并进行了飞机的失速、尾旋仿真计算,仿真得到的失速、尾旋进入和改出方法同自由飞试验的进入和改出方法吻合,表明该方法可以应用于工程仿真。     

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。     

基于关键测量特性的飞机装配检测数据建模研究

数字化测量辅助飞机装配技术是实现装配关系数字化协调、提高装配精度与效率的关键技术之一。基于数字化测量的装配过程依赖于产品设计、工艺设计、加工与部件装配等多个环节产生的数据,因此,构建统一的数据模型,实现各环节间的数据关联与映射,是实现基于数字化测量的装配过程监测、调控与质量保证的关键。本文首先提出了"关键测量特性"的概念,拟解决产品设计特性、工艺特性向测量特性的映射,并最终转化为关键测量点集;分析了飞机装配中关键测量特性间的几何数据关系,并揭示了其与部件关键装配关系之间的关联,在此基础上构建了以关键测量特性检测数据为节点的飞机装配广义尺寸链;通过对广义尺寸链各节点、组成环及封闭环的数学表达,构建飞机装配过程检测数据模型;讨论了该模型在飞机装配质量控制过程中的应用模式,并以翼身对接为案例,对基于关键测量特性的飞机装配过程检测数据建模过程及应用进行了阐述。     

自旋式飞行器三维SAR成像及测高新模型

 自旋式飞行器由于运动轨迹复杂,不仅不能精确测量飞行高度,而且从未被用做SAR成像平台。通过研究自旋式飞行器的三维SAR成像新模型,将测高与三维SAR成像相结合,提出了一种基于三维SAR成像的测高新模型。首先分析了自旋式飞行器天线相位中心运动轨迹的特点,将具有三维空间分布的半螺旋线天线运动轨迹等效为面阵天线;然后基于等效面阵,利用模糊函数理论,推导了相应的三维成像模型,从理论上证明了模型的成像可行性并分析其成像性能;最后在成像模型基础上,提出基于三维SAR成像的自旋式飞行器测高新模型,并从成像角度分析影响测高精度的因素。针对等效面阵非均匀分布的特点,采用后向投影(BP)算法仿真验证自旋式飞行器模型下三维成像的可行性和测高模型的有效性。     

T型尾翼颤振模型光学测量实验与弯扭特性解算

在FL-26跨声速风洞半模试验段进行了某高速飞机T型尾翼颤振模型的光学测量实验,并依据测量结果解算了尾翼颤振模型的弯扭特性。颤振模型表面用白色圆点进行标记,用于记录模型表面的位移变化,两台固定在风洞试验段上壁板观察孔旁肋板上的400万像素工业相机用来采集图像,采集到的图像通过自主开发的图像解算软件进行图像的识别与求解,计算出尾翼颤振模型表面标记点的三维坐标。模型表面标记点的三维坐标通过坐标变化转换到风洞气流坐标系中,利用不同时刻模型表面坐标的变化计算模型剖面扭角和弹性轴位移的分布。T型尾翼右平尾图像采集实验与弯扭特性计算结果表明,非接触光学测量技术可以用于高速颤振试验的定量分析中。     

飞行器RCS近场测试技术研究进展与工程应用

雷达散射截面(RCS)测试是隐身技术和目标特性研究的基础。无论是研究物体的电磁散射特性还是研制具有突防能力的隐身武器系统,RCS测试都具有非常重要的意义。通过RCS测试可以验证电磁散射计算的理论和方法,更重要的是,对部分飞行器目标进行电磁散射理论计算非常困难,而通过测试可以直观地获得目标的电磁散射特性数据,从而避开复杂的电磁仿真计算。与外场、紧缩场RCS测试方法相比,近年来得到广泛应用与发展的RCS近场测试方法在飞行器目标的散射特性测试方面具有效率高、成本低的优势。介绍了飞行器RCS测试评估方法,综述了国内外RCS近场测试技术研究的最新进展与工程应用实例,分析展望了飞行器RCS近场测试技术面临的机遇与挑战。     

民用飞机尾旋特性预测与尾旋风洞试验验证

通过查阅资料,收集在不同试验技术条件下研究所获得的不同固定翼飞机的尾旋特性数据,进行分析和比较获得了一些有意义的经验性结论。选取了几架在布局上与飞机A最为相似的飞机进行了尾旋特性的初步预测,并进一步利用飞机在完全发展尾旋条件下的力矩平衡原理,结合作图法(交点法)预测了飞机A在完全发展稳定尾旋条件下的攻角(α)与无因次旋转角速度(λ)。最后利用一个动力相似缩比飞机模型在尾旋风洞中进行尾旋试验研究,所获得的试验结果也印证了上述预测方法的合理性。     

分布式大规模集成压力测量系统研究与试验应用

针对飞行器地面试验大规模压力测量需求, 研制了一套分布式大规模集成 压力测量系统,与同类设备对比,该系统性能良好,采集数据准确,解决了设备存在的 一些问题,较好地满足试验压力测量需求,具有良好的应用前景和使用价值。     

飞机装配几何量质量检测体系构建及关键技术

针对新一代飞机装配过程几何量检测的高精度、高效率和高可靠性需求,分析了飞机装配过程几何量检测特征和具体的检测要求,提出了用于不同测量任务的测量方法,构建了装配几何量质量检测体系。研究了复杂装配现场多源异构整体测量工艺仿真及精度优化、三维点云数据的拟合与对齐和基于整体测量场的多系统协同测量3项关键技术,开发了装配检测质量管理平台,实现了检测数据管理信息化,为后续装配提供数据支撑,同步提升了飞机装配过程质控能力。