现代超临界翼型设计及其风洞试验

开展了现代超临界翼型的设计研究,对现役飞机的压力分布形态进行了分析,针对现役飞机在巡航状态和阻力发散点的压力分布进行对比,提取了现役飞机超临界剖面设计的要点。采用类函数/型函数变换(CST)参数化方法、基于二阶震荡及自然选择的随机权重混合粒子群算法(RwSecSelPSO)、雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程、Kriging代理模型结合定期望值型的目标函数建立了优化设计系统。针对提高阻力发散马赫数和降低巡航低头力矩的设计指标,利用优化设计系统通过调整目标期望值设计了一系列满足设计指标但阻力发散马赫数不同的超临界翼型,并选择了其中具有典型特性的翼型进行了对比分析,验证了提高阻力发散马赫数和低速失速特性的设计方法,指出了在阻力发散点形成平顶形压力分布的超临界翼型具有较好的综合性能。对设计的超临界翼型进行了高、低速风洞试验验证,试验结果表明:设计结果达到了设计指标要求,提出的低速改进方案有效,层流对超临界翼型失速特性影响较大。     

翼面结冰后飞机气动力计算

引言 在飞机设计中,气动特性很大程度上决定了飞机的性能参数,而飞机的性能指标又决定了飞机是否具有市场竞争力.在飞机飞行的环境中有很多条件会使飞机翼面产生结冰情况,翼面结冰对飞机的气动特性将产生很大的不利影响,特别是对大展弦比超临界翼型,结冰改变翼型形状,而机翼前缘外形的改变会使机翼升阻特性发生改变,并使失速攻角减小,抖振边界发生变化,严重地影响了飞机的气动性能,因此机翼结冰对飞机气动特性影响的研究非常重要.     

大型飞机空气动力学设计——北航朱自强教授访谈

大型飞机的安全性、经济性、舒适性与环保性的要求对空气动力学提出了新的挑战,需要空气动力学设计提供新的思想、新的概念,并在工程应用上得以实现.记者采访了北京航空航天大学航空学院的朱自强教授,他介绍了超临界翼型、自然层流翼型的特点和工程应用难点.以及发展大飞机需突破的空气动力学难题.     

赛斯纳"750嘉奖状X"双发涡扇商用运输机

"750嘉奖状X"是美国赛斯纳飞机公司于1990年设计的双发涡扇商用运输机.载客最多12人,航程6000余公里.该机采用超临界翼型,兼有高速巡航和远程巡航的特点,能在短的场地起降,是公司第一架装有全动力飞行操纵的飞机.     

融合体布局超临界翼型设计研究

针对跨声速融合体布局飞机,构建了所需超临界翼型的气动优化设计问题;基于"人在回路"的多轮迭代优化理念建立了翼型多目标多约束优化设计平台,其中:翼型参数化采用基于型函数/类函数变换的参数化方法,气动力解算器采用基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)的求解程序CCFD-MB,计算网格生成与网格更新采用基于无限插值和椭圆光滑算法的C型结构网格程序,优化算法采用多目标优化遗传算法NSGA-II。设计结果显示,优化翼型具有常规超临界翼型的基本气动力特征,满足阻力发散、抖振边界和低速特性要求;同时具有前加载特征,低头力矩大幅低于常规超临界翼型,满足融合体布局气动力要求。     

自然层流超临界翼型的设计研究

阐述了研究发展我国自然层流超临界翼ＮＰＵ－Ｌ７２５１３的设计思想,设计要求和转捩位置的判别技术和设计方法,首次提出了利用弱激形足够压梯度的自然层流超临界翼型的设计思想,解决了维护层的所需的一定顺压梯度压力分布形态和无激励超超临界翼型的屋顶状压力分布要求的矛盾,风洞实验结果表明,所设计自然层流超临界翼型达到了设计要求。     

国内某预研型飞机机翼平面形状对结构重量的影响

1.前言 机翼是飞机产生升力的部件.其面积、平面形状、翼型以及机翼上的部件配置等,不但直接影响着飞机的性能,而且也会对机翼的结构布置、重量、寿命等产生一定的影响.在方案设计阶段,设计员必须综合考虑各种参数对性能和结构的影响,以寻求一个最佳的平衡点.国内某预研型飞机采用后掠下单翼机翼和超临界翼型,设计中曾考虑了两种不同的布置方案并分别作了优化分析,其过程和结论可供国内相关设计人员参考.     

未来高空长续航力概念飞机的超临界翼型设计

文章描述了工作于超临界速度条件下的一种新的未来高空长续航力飞机层流翼型的设计和分析，使用XFOIL和MSES计算程序设计、改进和分析翼型。这种翼型有足够的厚度和特性满足美国空军研究实验室的传感器飞机(SensorCraft)的一组要求，该飞机采用联合翼布局，前视图和俯视图都是钻石形的。这个传感器概念飞机的几何形状和工作高度及速度是决定翼型设计的条件。这种翼型的低阻区占了很大的升力系数范围。附面层转变位置在上表面位于弦长60％处，在下表面位于弦长70％处，其特点在于层流分离气泡的尺寸随着攻角增加而减小。与附面层转变参数一起进行了灵敏性研究以观察雷诺数和马赫数的影响，还需要进一步的实验工作验证这个设计。     

空客公司成功的机翼设计Ⅱ——A320、A330/A340、A350及A380机翼设计

空中客车的成功离不开其先进的机翼设计,其机翼由英国宇航公司负责设计和生产。空客飞机机翼先进的空气动力设计,包括尖峰后加载翼型、超临界翼型、先进跨声速机翼设计——超临界机翼设计、机翼与机身的干扰、翼梢小翼设计、增升装置设计等。     

基于CST参数化方法气动优化设计研究

翼型及机翼优化设计中,设计变量的个数对优化算法的收敛速度及代理模型的精度有很大的影响.因此,在精确描述翼型的同时,发展较少设计变量的翼型参数化方法对翼型优化设计有着重要的意义.本文基于CST(class function/shape function transformation)翼型参数化方法对Kriging模型的预测精度进行研究,并采用改进的粒子群优化算法构建气动优化设计系统.某亚声速机翼单点减阻设计及超临界翼型的稳健性设计表明该系统具有较高的设计质量,方法可靠,有较高的工程应用前景.     

超临界翼型Gurney襟翼增升技术实验研究

通过在二元翼型风洞中进行测力实验,研究了不同高度Gurney襟翼对超临界翼型气动力和力矩的影响规律。实验结果表明：在亚声速条件下,Gurney襟翼同样可以明显增加翼型的升力系数,使整个升力曲线向上平移,并使翼型低头力矩增加。高度为翼型弦长0.5%的Gurney襟翼可以带来超临界翼型的最大升阻比。同Gur-ney襟翼对NACA 0012翼型气动特性改变的对比表明,其在超临界翼型上带来的升力系数增量要大于在NACA0012翼型上的效果,但是带来的低头力矩增量较小。     

大型水陆两栖飞机翼型优化设计

对大型水陆两栖飞机翼型进行了数值优化设计研究,通过以翼型设计升力系数下的阻力系数最小化为设计目标和以翼型低头力矩、最大升力系数、失速后升力系数下降率作为约束条件的大型水陆两栖飞机翼型优化设计,在满足翼型相对厚度、最大厚度位置、最大弯度、最大弯度位置符合相应设计范围的情况下,得到了综合性能较基本翼型提高的新翼型.该设计方法适用于大型水陆两栖飞机的翼型设计,是一种符合工程应用实际的数值优化设计方法.      

翼型研究的历史、现状与未来发展

"翼型"俗称翼剖面或叶剖面,是飞机机翼及尾翼、导弹翼/舵面、直升机旋翼、螺旋桨、风力机叶片等外形设计的基本元素和气动力的"基因",也是影响综合气动性能的核心因素之一.自20世纪初莱特兄弟发明人类第一架飞机以来,翼型研究的每一次重要突破,都有力促进了航空飞行器的更新换代或性能的大幅提升.除了发展RAE、DVL、NACA、TsAGI等通用翼型族外,研究者们还针对性地发展了适用于各类飞机的翼型族,以及适用于直升机旋翼、螺旋桨和风力机叶片的专用翼型族.进入21世纪,随着现代数值模拟方法、流动稳定性与转捩预测、优化设计、试验测试技术等研究的进步,各种新的设计理念、优化方法和设计技术相继被提出,翼型研究也被赋予了新的使命和内容.本文立足飞行器设计和翼型研究的前沿,在回顾100多年来翼型发展历程的基础上,重点综述了翼型研究的最新进展,分析了研究现状,提出了未来发展方向.新一代翼型将适用于未来飞行器的发展需求,在宽速域、大空域、多物理场及智能变体等复杂使用条件下兼具优良的多学科综合性能.     

跨音速机翼采用鼓包主动减阻技术研究

对二维、三维鼓包进行激波控制减阻,并在大型客机的机翼上进行了对比研究。在研究鼓包减阻的机理时,采用了超临界翼型,鼓包的几何形状及鼓包位置的优化也进行了研究。研究结果表明,鼓包位置、形状及串列式分布对机翼的减阻影响较大。最后把得到的研究结果应用到大型飞机的激波减阻上,结果表明,该方法能较大程度地减小激波阻力,进而提高飞机的升阻比,提高飞机的气动效率。     

飞翼布局翼型系列设计进展

针对飞翼无尾布局飞机开展了基础翼型研究.归纳了飞翼布局翼型的设计特点和研究进展,提炼了飞翼无尾布局复杂的气动设计需求,总结了其展向气动分布特点,根据不同分区提出了翼型气动设计要求,并建立了分区翼型设计模型,形成了飞翼布局分区翼型系列.由于传统翼型设计模型未能考虑横流效应,导致翼型设计结果应用到三维布局上不能达到理想效果,提出了"全局+局部"的翼型多学科设计方法,根据飞翼布局分区翼型气动设计要求,建立了基于分区翼型设计模型的高效代理模型全局优化设计与三维布局环境下多剖面翼型局部优化设计的多学科协同设计方法.这种"全局+局部"的设计方法能够快速实现满足飞翼布局分区多剖面、多种性能要求的翼型设计,有效提高了设计翼型的性能与设计效率.最后以类X47-B布局为例,进行了翼型系列设计,验证了该方法的可靠性.     

翼型特性对飞机性能的影响

尽管飞机翼型和飞机设计的手段都在不断地提高，然而，仍然很少有使一个合适的翼型与一个特定的飞机配套的指导性东西。本文论述的是使一个翼型与飞机配套的两种方法：使用飞机性能模拟法来研究翼型变化的影响并指导翼型的设计，分析方法：对测量和定位翼型低阻区提供指导的公式。分析研究表明当该翼型适宜于飞机作最大平飞速度飞行时，翼型低阻区下角的升力系数会有一个理想值。而且，当该翼型适合于飞机最大航程时，低阻区上角的升力系数会有一个理想值。而且，当该翼型适合于飞机最大航程时，低阻区上角的升力系数会有一个理想值，这些理想的定位点均为翼型上下表面的层流量函数，并依据飞机的几何外形，阻力以及动力特性而定，对选用下一代理想航空飞机的两种方法的比较结果表明用分析法推导出来的公式具有充分依据。     

后缘连续变弯度对跨声速翼型气动特性的影响

针对后缘连续变弯度对跨声速翼型气动特性的影响进行了研究。首先不考虑翼型后缘连续变弯度,基于搭建的优化设计系统对跨声速翼型进行气动减阻优化设计,通过添加不同的约束优化得到两种跨声速翼型:无激波翼型和超临界翼型。然后在这两种翼型的基础上,以后缘偏转角度为设计变量、以阻力系数最小为目标,针对不同的升力系数分别进行优化设计,并根据优化结果深入分析后缘连续变弯度对这两种翼型极曲线特性的影响机理。优化结果表明:无激波翼型与超临界翼型相比,其设计点处的气动特性较好,但鲁棒性较差;升力系数小于设计升力系数时,应用后缘连续变弯度后,无激波翼型的极曲线特性明显提高,减阻最高达到3.9%,而超临界翼型的极曲线特性提高不明显;升力系数大于设计升力系数时,应用后缘连续变弯度后,无激波翼型和超临界翼型的极曲线特性都明显提高,减阻分别达到2.4%~18.1%和1.7%~13.2%。     

基于太阳能飞机应用的低雷诺数翼型研究

以太阳能飞机为背景,对低雷诺数翼型FX 63-137进行了折线型建模以拟合典型晶硅太阳能电池片对气动外形的影响,开展了气动数值模拟分析。首先引用"拟合优度"的定义描述本文折线型翼型轮廓与基准翼型(Baseline)的吻合度,并以此参数为变量建立5种折线型翼型模型;然后,采用计算流体力学(CFD)方法计算分析了不同雷诺数下各折线型翼型的气动特性,并着重研究了低雷诺数下折线型翼型的绕流机理;最后,基于工程应用实际的需求,提出了晶硅太阳能电池片的铺设方法也即折线型翼型设计思想准则,并进行算例验证。研究结果表明:低雷诺数条件下,折线型翼型升阻性能相比光滑翼型在一定程度上表现出了优势,但随着雷诺数的增加,升阻方面的优势逐渐消失;折线型翼型压力分布受各折线段长度影响,前缘吸力峰值、压力平台范围以及压力恢复区分布特征是决定折线型翼型气动性能的主要因素;通过设计的算例验证了本文提出的折线型翼型设计思想的可行性。     

翼型低速失速形态的初步研究

介绍了翼型失速形态的种类，对翼型失速形态的机理作了一定的分析，并通过分析NACA64A212，NACA63－012，NACA4412和一先进超临界翼型失速形态与雷诺数的关系，对其超临界翼型的失速形态提出了看法。     

超临界翼型低雷诺数流动分析及优化设计

以高空长航时无人机(UAV)翼型研究为背景,对超临界RAE2822翼型在高空高亚声速下的低雷诺数气动特性进行了数值模拟及优化设计研究。采用求解雷诺平均N-S方程的有限体积法,对典型低雷诺数下RAE2822翼型绕流进行数值模拟,验证了SST k-ω湍流模型的可靠性和准确性;基于不同高度不同雷诺数下RAE2822翼型的计算气动力对比分析,研究了高度增大所带来的低雷诺数效应;通过对低雷诺数下超临界翼型表面流场结构及流动机理的详细分析,提出了一种弱化激波的翼型设计思想,并通过优化算例验证了该思想的可行性。