基于超声速有益干扰原理的气动构型概念综述

超声速有益干扰气动设计概念于20世纪30年代提出，其基本思想是利用飞行器部件间的波系干扰获得诸如增升或减阻等性能收益。此概念在20世纪50~60年代得到了大量探索并部分实现了工程应用，在20世纪70年代至世纪末陷入沉寂。近年来，随着超声速运输机和高超声速飞行器技术的复兴，超声速有益干扰概念重新得到重视并有望得到工程应用。本文梳理了超声速有益干扰气动设计概念的发展历史，总结了应用超声速有益干扰原理的典型构型，如超声速双翼机、Flat-top构型、环翼和半环翼构型、伞翼构型、高压捕获翼构型等，并对典型构型的基本原理和气动特点进行了分析。对超声速有益干扰设计概念的未来进行了展望，概述了亟待研究的相关问题。     

乘波技术在高超声速飞行器中的应用

近年来一些国家致力于研究发展各种新型的、飞行马赫数大于5的高超声速飞行器,例如高超声速飞机、高超声速导弹和空天飞机等。在这些高超声速飞行器的研究计划中,"乘波飞行器构型"的设计研究已经引起了各国的高度关注。     

"声爆研究"专栏简介

<正>超声速飞机是下一代民航飞机发展的重要方向。以"协和号"和"图-144"为代表的第一代超声速民机虽然取得了技术上的重要突破,但是其商业运营以失败告终,声爆问题是其核心关键制约因素之一。声爆是超声速飞行器所特有的一种气动声学现象,是飞行器超声速飞行时产生的激波及膨胀波     

考虑配平特性的超声速客机低声爆气动布局优化研究

降低声爆水平是下一代超声速运输机研制需要解决的关键问题之一。低声爆优化通常使飞行器布局向着机翼后掠角增大、机翼沿机身方向分布范围增大的趋势发展,给飞行器的配平和低速特性带来不利影响。以某超声速客机基本构型为研究对象,建立基于类别/形状函数的翼身组合体参数化建模方法;基于超声速线化理论分析外形几何参数对声爆水平的影响。在此基础上,分别针对机身轮廓、机翼平面形状以及扭转角分布对该构型进行低声爆优化和俯仰力矩特性优化,并采用CFD 方法对优化结果进行校核。结果表明：与基准构型相比,在不显著增加俯仰力矩的基础上,优化构型的阻力降低了19 cts,近场过压显著降低,地面声爆响度降低5.1 PLdB。     

高超声速飞行器构型的数值模拟、试验研究与优化设计

综合升力体和乘波构型的气动性能优势,发展了一种高超声速飞行器前体气动构型的设计方法。运用该方法参考某高超声速飞行器气动布局方案,设计了一种高超声速飞行器气动布局。对该类高超声速气动布局进行了数值模拟、优化设计和试验研究;并研究了该类气动布局在高空飞行时,稀薄气体效应对气动性能的影响。数值模拟结果表明：构型前体预压缩面能够将高压气体封闭在构型下表面,实现了乘波构型的设计概念;优化设计结果表明,对于该构型宽展比应在0.4~0.6之间,通过优化升阻比至少有3%~5%的提高余地。对DSMC算法的碰撞模型和有效碰撞次数进行了改进,发展了临近空间飞行器气动性能模拟软件。研究结果表明,在临近空间区域,该类气动布局的升阻比特性略有下降,但仍旧保持了高升阻比的气动优势。     

一种给定容积空间的乘波构型参数化设计方法

乘波构型高超声速飞行器布局具有高升阻比的优点,但有效容积低和尖锐前缘使其在实际工程应用中受限。为弥补乘波构型飞行器有效容积低的不足,提出了一种乘波构型上表面参数化设计方法,同时开展了前缘钝化研究,采用增加前缘材料的方法进行钝化。分析了上表面不同设计参数对乘波构型飞行器容积率和气动性能的影响,研究了飞行器气动特性随迎角和马赫数的变化规律。计算结果表明,钝化后的经给定容积上表面设计的乘波构型有效提升了有效容积及容积率,并且仍能保持良好的乘波特性。数值仿真结果表明容积效率和气动性能是相互矛盾的关系,需要根据实际情况进行权衡。对于给定有效容积上表面设计的乘波构型高超声速飞行器,适合在一定范围的正迎角下飞行,并且能在较大的马赫数范围内保持优良的气动特性。研究可为提升高超声速乘波飞行器有效容积提供参考,提高了乘波构型飞行器的工程应用性。     

吻切锥乘波构型参数化设计与正交试验分析

为了获得外形控制参数对吻切锥乘波构型性能的影响程度,通过分析吻切锥乘波构型的生成特点和生成方法,在其参数化设计的基础上,运用正交试验设计方法分析了各个控制参数乘波构型性能的影响,确定了对气动性能和容积率影响较大的参数,为进一步合理确定优化空间和优化策略提供指导。运用CFD方法对典型外形进行了性能分析,结果显示:吻切锥乘波构型具有较高升阻比,下表面中心区流动均匀,可为高超声速飞行器机身/进气道一体化提供参考。作为应用,基于正交试验结果设计了以吻切锥乘波构型作为前体的一个高超声速飞行器,验证了设计方法的合理性。     

超声速民机声爆理论、预测和最小化方法概述

超声速民机的低声爆设计涉及到多个相互制约的因素,要实现较理想的声爆水平设计难度相当大,发展准确快速有效的设计方法是非常必要的。在超声速民机概念设计阶段,关于声爆计算的理论方法寥寥可数,标准声爆理论和声爆最小化方法不仅有重要的理论意义,在概念设计中也很有实用价值,因此,我们需要对其有全面深入的认识。文中主要对这两个理论方法及应用进行评述和展望。标准声爆理论以F函数为核心建立了飞机横截面积与声压及声爆之间的关系。声爆最小化方法给出了设计合适的F函数以达到尽可能小的声爆的思路。声爆最小化方法的应用效果受制于初始构型,当应用声爆最小化方法不能达到设计目标时,可能不得不尝试修改初始构型。考虑到该方法的局限性,减小声爆还需要开拓新思路。     

乘波飞行器一体化构型设计

为提高高超声速飞行器设计的水平,提出一种结合优化设计和灵敏度分析的新设计策略,并将其应用于高超声速乘波飞行器的二维一体化构型的设计.结合实验设计方法、响应面技术和遗传算法构建了一套改进的优化方法,结合设计参数取值域、正交设计和方差分析发展了一种灵敏度分析方法.在优化设计过程中,通过参数化建模、网格自动生成和CFD求解,应用改进的优化方法对飞行器进行了多点多目标设计,得到了Pareto最优前沿面和优化推荐构型.针对推荐构型,应用灵敏度分析方法进行了非设计状态的性能分析,并基于灵敏度分析结果对推荐构型进行了修形设计.     

CFD和MDO技术在乘波飞行器设计中的应用综述

乘波飞行器由于其具有高升阻比特性而成为国内外高超声速飞行器研究的热点。介绍了乘波飞行器的研究进展,在此基础上阐述了乘波飞行器设计对先进设计技术的需求。重点讨论了计算流体力学（CFD）技术和多学科设计优化（MDO）理论与方法在乘波飞行器设计中的应用现状。提出了今后应重点对高超声速飞行条件下乘波飞行器的动态气动特性进行全面的数值模拟研究．大力开展包含可靠性和经济性分析的乘波飞行器多目标多学科设计优化研究。随着MDO方法在乘波飞行器设计中的深入应用,CFD必将发挥更大的作用,共同促进乘波飞行器的快速发展。     

脉冲爆震发动机中温度和组分浓度测量技术的发展

脉冲爆震发动机内部工作条件极其恶劣,测量爆震波温度和某组分浓度十分困难。本文回顾了近几年国内外在爆震温度场测量方面的技术发展,特别是应用激光诊断技术测量爆震波的温度和某些组分浓度。总结了国内外应用光学诊断技术测得的爆震波火焰温度,结果发现:对气体燃料/氧气而言,在化学恰当比下一般其爆震波温度大约为3900K,与CJ理论值非常接近;然而对液态燃料JP-10而言,当氧化剂为氧气时,爆震波温度为2500K;当氧化剂为空气时,爆震波温度仅仅约为1500K。     

我国大型飞机环境控制系统研制展望

根据我国大型飞机研制的任务需求,结合未来飞机环控系统的发展趋势,从气源系统设计技术、高效大流量制冷系统设计技术、数字式座舱压力调节系统设计技术、综合空气管理系统设计技术及防冰系统设计技术等5个方面探讨了适用于我国大型飞机环境控制系统的现实构型和未来发展。     

航空连接结构的参数化有限元分析系统设计与开发

本文应用弹塑性有限元数值计算及参数化设计方法,对飞行器典型连接件结构的有限元计算进行了参数化设计,并基于ANSYS平台开发了参数化的连接件结构有限元仿真系统,借助通用有限元软件ANSYS的参数化设计语言APDL与界面设计语言UIDL,完成参数化建模的宏文件设计与参数输入的界面设计及参数传递,初步实现了有限元建模、计算和后处理的全程参数化;实现了对ANSYS的二次开发;利用有限元的子模型技术,在计算开销相对较小的情况下保证了计算精度,从而形成专业化、参数化、高效率的连接件有限元仿真设计系统。文中给出了采用该系统与传统方法比较的算例,可以看出结果有较好的吻合。     

C919飞机增升装置工程应用技术研究进展

本文介绍了C919飞机增升装置设计团队关于CFD工程应用技术研究和试验研究的部分工作进展情况:初步搭建了增升装置气动计算软件平台,编写了三维几何成形程序和两套前置处理程序,提高了增升装置的设计效率和准确性;开展了等弦长带后掠半模(SCCH)和C919飞机增升装置构型半模(LSSS)低速风洞试验研究,验证了C919飞机增升装置设计方法和设计方案的可行性。     

海洋测高数据定轨方法研究

海洋动力环境卫星已经成为进行全球海洋和环境监测的重要手段,其上所携带的测高仪是用于测量平均海平面、浪高、重力场等海洋环境参数的主要载荷。本文介绍了国内外星载海洋测高仪的发展历程、主要的技术改进以及目前的新动态。根据测高仪的测量原理,分析了测高仪数据中可能存在的误差,并给出了对应的误差修正模型。详细介绍了Jason-1测高数据文件中所涉及的误差修正量和采用的模型。最后,通过仿真数据和实测数据的计算,分析了单用测高仪数据和交叉点数据进行轨道确定所能达到的精度,为未来的实际应用提供一些参考。     

虚拟现实技术在民用飞机内饰设计中的应用

随着计算机及网络技术的飞速发展,飞机设计的手段和方法也在发生着革命性的变化。从最初的徒手绘制和单机作业到当今的计算机辅助设计和协同设计,飞机设计师和工程师体验到了前所未有的设计速度。上世纪80年代,一种称之为"虚拟现实"的计算机系统技术逐渐发展壮大。在航空领域,国外的飞机设计、制造企业已经成功应用该项技术大大提高了设计水平并节约了研发成本。但在民用飞机内饰设计上,虚拟现实技术仍未得到充分的发挥,尤其是在国内,基本上为空白。民用飞机内饰设计流程一般分为概念设计、初步设计和细节设计三个阶段[1]。本文首先分别介绍了虚拟现实技术和民用飞机内饰设计;接着通过虚拟现实技术在飞机内饰设计三个阶段的具体应用探讨技术应用的可行性;最后,通过总结全文,本文为民用飞机内饰设计提出了一种可行、创新和高效的设计方法。这对于拓宽飞机内饰设计思路,提升设计水平都有着重要的现实意义。     

多级轴流压气机设计及其特性预估

基于大量的二元平面叶栅吹风实验数据关联结果,发展了一种适用于多级轴流压气机设计的计算程序,以具有实验数据的某跨音速两级轴流风扇为研究对象,采用在子午面上叶片排间隙中设置计算站的流线曲率法进行数值模拟,计算结果与实验数据进行对比,结果表明:模拟的结果能够满足工程应用的需要,验证了该程序在设计多级轴流压气机的有效性。     

多帧PML规整化湍流退化图像复原算法

从湍流退化图像中有效地恢复出原目标图像,是空间目标成像观测亟待解决的问题。为解决强模糊实际观测湍流退化图像的复原问题,本文提出了多帧PML规整化图像复原算法。该算法主要利用非线性规整化项在点扩散函数和目标图像的估计过程中进行平滑。为验证算法的有效性,针对强噪声退化图像进行了恢复实验,实验结果证明,该算法对于强噪声湍流退化图像的复原是非常有效的。     

飞机研发中的精益设计与敏捷管理

本文针对传统飞机设计和研发管理方面存在的问题,提出了精益设计与敏捷管理的观点。首先对精益设计与敏捷管理的内涵和关系进行概述;然后从飞机研制中的物理设计和试验,系统、软件设计和试验,多学科优化设计,产品数据管理,协同设计等方面提出了提高飞机精益设计的主要手段;从战略、组织、技术、管理、文化等方面阐述了提高敏捷管理的主要做法;最后以研究所为例,概要阐述了精益设计与敏捷管理的应用及实施效果。     

空天体系对抗下未来战斗机发展的一些思考

本文从在未来作战体系中对传统意义上的战斗机有无存在的必要性,未来战斗机的主要作战使命,发展思路,主要特征,使用方式等方面对未来战斗机的特征进行了一些概念性研究和描述。在此基础上,对未来变体战斗机、无人战斗机(UCAV)、未来变体UCAV的关键技术等进行了初步的分析。