大型运输类飞机后缘襟翼气动载荷特性分析

后缘襟翼气动载荷计算是大型运输类飞机增升装置设计工作中的关键步骤之一。在新型民用运输机的研制与适航取证工作中,发现现有的襟翼载荷计算方法在某些特殊工况下并非足够保守。某型支线客机襟翼测压试飞中测得其巡航构型下襟翼气动载荷相对计算值有较为明显的增加。在分析对比了试飞与风洞试验的压力分布数据,并借助CFD工具进行定性分析后,最终证明气动载荷的增加主要由襟翼舱的密封失效所造成。以往载荷计算时,襟翼舱内部的襟翼表面压力通常赋值为0,这在襟翼舱保持密封时是可靠的;但在实际飞行中,襟翼舱处襟翼与机翼主翼面后缘之间的密封装置通常会由于制造或受载变形等原因失效,此外该位置附近的扰流板也会在飞行时浮动或偏转,这些都会导致襟翼舱内部气压降低到当地外界的静压值,使得巡航构型襟翼压力分布在头部有一个较为明显的平台式增加。另一型单通道干线客机通过低速风洞测压试验发现在小襟翼偏度构型时襟翼的法向气动力系数有明显增加,采用该试验结果作为输入,计算得到的考虑扰流板偏转影响的小襟翼偏度构型襟翼气动载荷,甚至超过了扰流板未偏转时所有增升构型下的襟翼最严重载荷。通过对压力分布数据及CFD计算得到的二维流场的分析,证明扰流板偏转造成襟翼载荷增加的主要原因是前者对后者的上洗效应。扰流板的偏转将增加其下游襟翼处的当地迎角,使得后者在小偏度时就接近其在大偏度时的法向力系数,之后由于小襟翼偏度构型时更大的襟翼设计速度与对应速压最终造成了载荷增加。针对上述两个问题提出了符合客观流动规律的方法进行补充和修正:在计算巡航构型襟翼载荷时,可在原有测压试验得到襟翼压力分布的基础上补充平顶型前缘分布作为载荷计算输入;而在计算小襟翼偏度增升构型襟翼载荷时,则可以采用工程方法预估扰流板偏转带来的载荷增量。上述方法已在实际工作中得到验证和应用。     

某型飞机测压试验研究

介绍了某机测压试验的测压剖面、测压点的布置思路,编制了某机测压实验处理程序,基于试验结果,可分别得到飞机各部件的压心、压力分布,并能够按载荷计算要求,插值得到任意弦向和展向位置的压力分布,已用于某机的气动载荷分析中。     

航空快递

C919飞机DDP阶段全机低速测压风洞试验顺利完成C919飞机DDP阶段全机低速测压风洞试验从2012年12月17日开始,于2013年2月8日在荷兰DNW-LLF风洞顺利完成。试验得到了C919飞机DDP阶段全面的压力分布和低速气动特性数据,为C919飞机在低速构型下气动载荷的计算,飞行性能的验证及操控稳定性的评     

曲面样条插值法在飞机测压试验中的应用

飞机载荷设计中会涉及求解大量不同攻角和襟翼偏度的机翼气动压力分布,而风洞测压试验所测得的压力分布是有限的,如何选择一种合适的插值算法求出载荷设计中所需攻角和偏度的压力分布,是飞机气动载荷设计中的重要环节。采用样条曲面系数插值法,通过构造机翼压力分布的样条曲面函数,得到两种攻角和偏度情况下的压力曲面,进而插值出在两种攻角和偏度之间的任意一种攻角和偏度的压力曲面。将插值得到的压力数值和试验数据进行相似性对比分析发现:插值和试验值的相似系数较高与试验数据吻合度好。     

翼型加装格尼襟翼的低雷诺数气动特性实验研究

为了研究低雷诺数下格尼襟翼对翼型气动特性的影响,通过风洞试验研究了Eppler387翼型加装0.5%～5.0%弦长高度格尼襟翼后的气动特性变化,试验雷诺数1.49×105～2.31×105。试验结果表明：低雷诺数下Eppler387翼型加装格尼襟翼后,升力系数和力矩系数明显增大,襟翼高度大于2%弦长时阻力系数显著增大。格尼襟翼在高升力系数下能够起到增大升阻比的作用,适用于微小型飞行器工作在大载荷状态,而0.5%弦长高度的襟翼还能够兼顾中小升力系数下的气动效率,同样适合于微小型飞行器在巡航状态使用。与原翼型相比,加装襟翼后最大升阻比对应的迎角提前,随襟翼高度的增加,翼型升阻比曲线峰值变得不再突出。     

运输机襟翼压力分布飞行试验测量

为了飞行试验测量运输机襟翼压力分布,国内首次研制了测压带。提供了直接打孔法与测压带法的飞行试验比对测量结果,表明测压带法是准确适用的。在飞行试验中采用测压带测得了某后退双开缝襟翼起飞、着陆构型的压力分布,结果表明襟翼起飞构型的气动设计有待改进,襟翼着陆构型气动效率较高。测压带法适用于飞行试验空气动力学研究和飞机气动特性的演示验证。     

小展弦比机翼加装格尼襟翼的低雷诺数试验

通过风洞试验研究了在低雷诺数下加装格尼襟翼的小展弦比机翼气动特性,机翼展弦比为1.67,格尼襟翼为1%~4%弦长高度,试验雷诺数分别为2.0×105和5.0×105.天平测力和表面测压的试验结果表明:低雷诺数下小展弦比机翼加装一定高度的格尼襟翼后,升力系数明显提高,加装1%弦长高度的格尼襟翼还能够提高机翼的升阻比.这是因为在试验雷诺数下,合适高度的襟翼在提高了机翼升力的同时并未显著增大机翼阻力.对比不同试验雷诺数下格尼襟翼的作用效果,表明格尼襟翼能够减少低雷诺数气流分离的不利影响,并且在较小的雷诺数下这种作用更加显著.关于格尼襟翼对低雷诺数层流分离现象的影响,还需要通过细致的流场显示技术进行研究.      

压敏涂料技术在风洞中的应用研究

压敏涂料技术是重要的风洞模型表面压力测量技术之一。作者介绍了压敏涂料的研制及该技术应用于风洞试验时的自动化试验图像采集技术、试验数据处理与修正技术及实际应用中的一些经验,给出了在飞机机翼、边条、前缘襟翼、副翼表面,压敏涂料技术与常规测压孔技术测量结果的比较。     

二维翼型下表面增升辅助装置仿真及设计

为提高飞翼布局飞机的可用升力系数,以B-29 TIP翼型为研究对象,基于CFD开展了翼型腹部加装扰流板以配平增升装置打开后带来的低头力矩可行性研究,获得了腹部扰流板的作用原理,总结了扰流板弦向位置、偏度及高度对翼型气动特性的影响规律,以及扰流板与翼型后缘襟翼偏转的组合状态的气动特性。研究结果表明:腹部扰流板可改变翼型下表面流场的压力分布,扰流板前正压增大,扰流板后负压增大,从而产生抬头力矩。随扰流板弦向位置的后移,抬头力矩先增后减,于60%翼型弦长位置处达到最大值,升力先减后增,于40%翼型弦长位置处达到最小值。随高度及偏角的增大,抬头力矩单调递减,升力单调递增。     

民用飞机大气传感器低速验证试验研究

飞机的大气传感器是获得飞机外部大气参数的重要的测量仪器,如果大气传感器自身精度不够,或者由于布置不合理引起的误差,就会引起飞行危险。为了验证气动设计的布局方案,选出传感器位置比较优化的方案,得到机头静压值随迎角变化不变的区域,同时总结出民机大气数据传感器布局设计验证的风洞试验方法。通过低速测压风洞试验和缩比传感器（风标和七孔探针）,测量得到大气传感器不同布局位置的气动特性。结果表明：大气传感器的布局位置对测量结果影响相当重要;试验结果与计算结果符合良好,满足气动设计要求。     

雷诺数对大型客机低速气动特性影响的试验研究

在哈尔滨气动院FL-9 增压风洞进行了某大型客机低速高雷诺数半模测力测压风洞试验,来流马赫数为0.2,增压范围为1~4个大气压。基于模型机翼平均气动弦长的雷诺数从2.9×106 到11×106。以此为基础主要分析了雷诺数对机翼纵向气动力特性的影响,结果发现雷诺数对升力线斜率、最大升力系数、失速攻角和失速特性都有影响。相对于增升装置打开后的高升力构型,雷诺数对巡航构型的影响更明显。     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低,其损失显著增大、效率显著降低。应用实验分析与数值模拟相结合的方法,深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律,数值计算是基于Jame son中心差分和Runge Kutta时间推进的N S方程计算的有限体积方法。研究表明,随着雷诺数降低,涡轮叶栅流动损失增大,当雷诺数小于42000之后,涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下,涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离,这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

机动襟翼的气动特性

 机动襟翼是现代战斗机提高机动格斗能力的常用措施。本文根据风洞实验结果,讨论了机动襟翼减阻的能力和原因,襟翼弦长和展长的影响,前缘襟翼和后缘襟翼的配合使用问题,机翼边条和机翼平面形状对机动襟翼减阻的影响,以及机动襟翼对大迎角飞行品质的改善情况。讨论表明,机动襟翼是提高战斗机空战格斗能力的有效措施。它能控制气流分离和减小大迎角时的阻力,提高抖振边界和降低抖振强度,改善大迎角的飞行品质。为了得到最佳的综合效果,机动襟翼的参数选择必须考虑对飞机结构和系统的影响。     

四分量片式铰链力矩天平技术及风洞实验应用研究

针对目前风洞铰链力矩实验中的一种三分量片式结构铰链力矩天平没有轴向力测量元件的不足,提出一种切实可行的四分量片式结构铰链力矩天平设计方案,进行了物理样机的研制,应用于某模型升降舵风洞铰链力矩实验中。实验结果与理论分析获得了良好的一致性,在舵面偏角为21°时,由忽略轴向力测量带来的舵面法向力系数相对误差百分比为14.7%,舵面弦向压心位置相对误差百分比为17.2%。     

面向先进战斗机研制的风洞模型飞行试验技术

高机动性先进战斗机气动布局与飞控系统设计面临愈加严峻的流动/运动/控制耦合问题,大迎角飞行以及推力矢量等高新技术应用也使其在研制过程中面临更高的技术风险,风洞模型飞行试验是实现飞行器气动/飞行/控制一体化研究、降低研制技术风险的重要手段。介绍了低速风洞模型飞行试验技术原理及国内外发展现状,对试验技术主要特点及其在支撑先进战斗机研制中的作用、应用范围、应用阶段以及面临的主要挑战进行了分析,为试验技术发展和应用提供参考。发展和应用低速风洞模型飞行试验技术,有利于充分挖掘战斗机的气动性能与控制性能,降低试飞风险,是新一代战斗机研制、新技术工程化应用的重要支撑技术。     

飞机全动平尾颤振特性风洞试验

高机动飞机全动平尾颤振设计的重要手段就是颤振模型风洞试验。针对一个飞机的全动平尾,采用了单独平尾和中央固支的后机身-平尾组合体两种方案的低速颤振风洞试验,研究平尾的基本颤振耦合机理以及后机身垂尾气动力干扰的影响。然后采用半模跨声速颤振风洞试验研究马赫数对颤振特性的影响和机翼干扰对平尾颤振边界的影响。介绍了低、高速颤振模型的设计和风洞试验的结果,并综合形成了完整的平尾颤振特性规律,尤其在跨声速颤振风洞试验中,使用不同超重系数的颤振模型,研究了质量参数对颤振边界的影响规律。风洞试验结果显示,全动平尾颤振特性研究必须考虑后机身的弹性支持,并且需要使用不同的模型方案考虑机身、机翼和垂尾的气动力干扰,跨声速风洞模型需要考虑超重系数的影响。该研究获得了全动平尾颤振特性的一般规律,可作为相关飞行器设计的参考。     

High-speed wind tunnel test of the CAE aerodynamic validation model

For the purpose of establishing and validating aerodynamic performance predictions at transonic Mach numbers, a wind tunnel test was conducted in the High-Speed Tunnel (HST) of the German-Dutch Wind Tunnels. The test article is the aerodynamic validation model from the Chinese Aeronautical Establishment, which is a full-span scale model representation of a business jet aircraft. The wind tunnel test comprised of parallel deployments of balance, pressures, infrared thermography, and model marker measurement techniques. Dedicated investigations with a dummy support were conducted as well, in order to derive and correct for the interference that the support system imposed on the overall model loads. This enabled the establishment of a comprehensive dataset in which the steady overall model loads, the wing load distribution, the state of the wing boundary layer, and the aeroelastic wing shape were quantified for conditions up to and beyond the cruise Mach number of 0.85.     

X型超高层建筑扭转风荷载谱计算模型研究

通过X型超高层建筑模型多点同步测压风洞试验,文中研究了高层建筑扭转风荷载系数平均值、均方根值沿高度的变化规律.提出了X形高层建筑扭转动力风荷载功率谱密度函数的数学计算模型,并根据试验数据对模型参数进行了拟合,结果表明该计算模型与风洞试验结果吻合较好.文中还探讨了各层扭转动力风荷载的相干特性,以Vickery提出的尾流激励相干函数公式为计算模型,根据风洞试验数据利用最小二乘法拟合了模型参数,并给出拟合的计算参数.文中最后研究了扭转风荷载与顺风向、横风向风荷载的相干性,并提出了相应的数学计算模型,结果证明该模型与试验数据基本一致.     

基于3D打印的舵面可调实用化飞机风洞模型的设计与试验

飞机风洞试验模型的设计和加工是风洞试验的重要环节,对飞机研制的周期和成本具有重要的影响。为提高飞机研制的效率,基于3D打印技术提出了实用化飞机风洞模型的设计和制造方法。采用3D打印加工树脂气动外壳和机加工金属强化骨架的复合结构方案,设计并测试了某型号飞机的低速全机测力模型。提出了变角片和旋转轴-定位销两种舵面偏角方案,设计了内嵌金属套筒用以降低因装拆磨损带来的树脂精度损失。采用计算流体力学与计算结构力学（CFD/CSD）分析技术,对模型的设计进行了强度校核。加工装配的复合模型在FD-09低速风洞进行了吹风试验。试验结果显示：带舵面偏角的复合模型在迎角α=8°和风速V=70 m/s条件下安全,其气动数据与金属模型吻合良好,具有实用性。相比金属模型,树脂-金属复合模型的加工周期和成本大幅降低,可有效响应飞机设计工作者对模型快速设计和加工的需求,有助于提高飞机设计效率。