民用飞机翼身整流罩区域温度场分析研究及影响

现代民用飞机机身结构大量采用复合材料,但因其遇到高温时会变软,耐热性较差,这就对复合材料周围的环境温度提出了新的要求。以某型飞机的空调组件安装区域进行温度场CFD计算,分析了安装区内的高温部件对机身复合材料结构的影响。为了防止机身复合材料被高温部件烫伤,在高温部件的上方安装隔热板同时进行局部通风冷却,并对相应的工况进行CFD计算对比。     

通风失效后民用飞机EE舱温度计算研究

建立了EE舱通风失效状态下温度计算模型,计算了热天巡航状态下通风失效后EE舱空气温度变化。针对通风失效后一段时间内EE舱空气超温的情况,提出了通风失效后可关断部分不影响飞行安全的电子设备以降低进入EE舱的热流、利用飞机内外压差产生的排气冷却备份、降低绝热层热阻等设计和操作措施的建议。     

新一代飞机地面保障设备——空调通风车

首重介绍了KTC－1型地面空调通风车的主要性能和设计过程，并对其4大系统的组成及设计原理进行了详细介绍。1年多的使用结果表明，地面空调通风车的供风量能够满足某型飞机在地面工作时电子设备（舱）通风冷却和工作舱空调需求，可提供不高于15℃的冷风和不低于40℃的热风。     

直升机附件舱温度场的数值模拟

为考查某型直升机附件舱的热控制能力,采用有限元软件分析了其在强制冷却和自然冷却情况下的温度场分布.应用非结构化网格和有限体积法进行计算区域和控制方程的离散,采用标准k-ε模型封闭湍流控制方程.针对3种冷却系统设计方案,分析了不同冷却气流进口尺寸、相对位置以及不同附件散热量对附件舱温度分布的影响,计算了自然冷却情况下附件舱密闭时的温度场.计算和试验结果均表明,所采用的冷却方案可以满足附件舱冷却的需要.      

基于QAR数据的A320系列飞机空调组件流量监控

提出一种基于QAR数据的飞机空调组件流量监控方案,通过对QAR数据中空调组件流量关键参数的采集,建立飞机空调组件流量监控模型,实现了对空调系统热空气渗漏的监测。     

民用飞机多舱油箱内惰性气体分布的研究

针对某种通风方式,对1／6比例的波音747中心翼油箱内的气流分布进行了可视化实验,得到了该油箱内气流分布的详细信息。建立三维数值模型,对不同Re数下的多舱气流分布进行了计算,经与实验结果对比显示二者吻合较好。通过数值模拟得到了各舱的流量分配系数,采用微元段的计算方法得到了各舱氧浓度的分布。对3种不同通风方式下的惰化效果进行了对比研究,提出“最不利舱氧浓度”的概念,认为对多舱油箱进行惰化系统的设计时,这一因素不容忽略。该研究可为多舱油箱惰化工程设计提供相应的支持,为通风系统的优化提供理论依据。     

级联影响分析方法在EE舱通风冷却失效影响定级中的应用

民用飞机电子设备舱(EE舱)通风冷却功能是保证舱内各系统的电子设备安全、正常工作的基础功能。随着民用飞机航电系统集成化程度的不断提高，越来越多系统的电子设备放置在EE舱内，通风冷却功能也越来越重要。若通风冷却功能失效，如何确定电子设备舱内设备工作情况、如何确定失效设备对飞机的影响、如何确定该失效模式的影响等级，这些问题急需解决。通过制定确定失效场景、判断直接影响、分析间接影响和分析全机综合影响的原则，研究基于级联影响分析技术的EE舱通风冷却功能失效影响定级问题。通过分析EE舱通风冷却系统架构和功能，确定通风冷却功能失效机理，定义通风冷却失效场景。通过级联影响分析技术，分析通风冷却失效对全机系统和整机的影响，适用于通风冷却失效全机综合安全性评估，为通风冷却功能失效影响定级提供技术支撑。     

前飞状态下直升机动力舱通风冷却性能仿真

针对某型直升机动力舱通风冷却系统,提出了一种简化的基于旋翼下洗流的动力舱通风冷却性能计算方法,利用商业CFD软件,计算了前飞状态下采用单进口和双进口共9种方案时动力舱流场和温度场分布,分析了不同进口数、进口大小和位置对动力舱通风冷却性能的影响,并与试飞试验结果进行了对比。结果表明,该方法能够准确预测直升机动力舱通风冷却系统性能,仿真研究结果可以为动力舱通风冷却系统的设计与优化提供科学依据。     

舱外航天通风系统传热分析

简单介绍了舱外航天通风系统的结构、功能,分析了通风气体、液冷通风系统及环境间的换热过程,给出了通风系统传热数学模型。通过舱外航天液冷通风系统与人体的联合热生理实验对该模型进行了验证。为舱外航天服通风系统的设计提供了依据。     

一种清除引气污染物的空调梯形信号送风方法

针对现有飞机客舱空调采用常规的恒值信号送风，无法将引气污染物快速排出舱外的问题，采用计算流体力学（CFD）技术建立Boeing737飞机客舱仿真模型，并使用粒子图像测速（PIV）实验验证客舱仿真模型的准确性。提出客舱空调采用梯形信号送风，与客舱空调常规的恒值信号送风进行对比，以NO2为引气污染物，模拟在相同通风量不同信号送风下，天花板送风、侧壁送风、混合送风方式的流场特征与污染物扩散规律，将等效稀释通风量指标与吹风感指标结合，确定飞机空调最佳送风工况。仿真结果表明：采用等效稀释通风量指标对客舱整体排污效果进行评估，相比于恒值信号送风，客舱空调采用梯形信号送风在天花板送风、侧壁送风、混合送风方式下等效稀释通风量分别提高了78.2%、34.3%、23.1%。其中，客舱空调使用梯形信号送风在天花板送风方式下具有最好的排污效果，并且其吹风感指标DR(Draft Rating)低于20%，满足乘客热舒适性要求，梯形信号送风的吹风感指标优于方波信号送风，排污效果优于正弦信号送风。     

飞机大攻角最大侧向力和偏航力矩预测的风洞试验方法研究

具有尖头细长构型的飞行器在实际大攻角飞行和风洞试验中,侧向力系数和偏航力矩系数存在非确定性,给数据分析和使用带来很大困难.为了改变这种情况,本文发展了一种附加头部微扰动的试验技术,并在YF16模型大攻角试验中开展了应用.试验中通过压力分布确定头部分离流动特征,再采用人工转捩和头部微扰动技术在大攻角风洞试验中确定侧向力和...     

Experimental investigations of a full model with adaptive elasto-flexible membrane wings

The morphing wing concept aims to constantly adapt the aerodynamics to different flight stages. The wing is able to adapt to different flight conditions by an adjustable Aspect Ratio (AR) and sweep. A high AR configuration provides high aerodynamic efficiency, while a low AR configuration, with highly swept wings offers a good maneuverability. Additionally, the flexible membrane allows the wing surface to stretch and contract in-plane as well as the airfoil to adapt to different aerodynamic loads. In the context of this work, the aerodynamic characteristics of a full model with form-adaptive elasto-flexible membrane wings are investigated experimentally. The focus is on the high-lift regime and on the analysis of the aerodynamic coefficients as well as their sensitivities. Especially, the lateral aerodynamic derivatives at asymmetric wing positions are of interest.     

多组分液滴自然对流厚交换层蒸发模型及其检验

为发展多组分液体燃料高温蒸发模型,首先以零扩散和无限扩散概念为基础,拓展考虑自然对流的厚交换层高温蒸发模型到多组分液体燃料,提出多组分NC-TEL模型。其次,采用挂滴法对正庚烷-乙醇、正癸烷-乙醇、RP-3航空煤油-乙醇三种混合燃料的单液滴在高温静止和强迫对流条件下的蒸发特性进行实验研究。实验结果显示:混合液滴蒸发速率随温度升高而显著增大,温度越高组分构成比例对液滴蒸发率的影响越明显;本文实验条件下,对流环境对于液滴蒸发的促进作用并不明显。最后,用实验数据检验蒸发模型。模型对比结果显示:总体上,NC-TEL模型优于R-M模型,高温段预测精度平均提升了8%～35%;低温段,零扩散NC-TEL模型与实验结果吻合程度较好,而无限扩散NC-TEL模型与实验结果相比误差略大;高温段,对于正庚烷-乙醇混合燃料液滴,NC-TEL模型预测较为准确,而对于正癸烷/RP-3航空煤油-乙醇混合燃料液滴,NC-TEL模型预测值则偏低,可能的原因是微爆现象和Marangoni现象。     

基于机翼-帆尾的高纬度跨年驻留太阳能飞机总体参数设计方法

拓展太阳能飞机在较高纬度地区的跨年驻留性能有助于促成太阳能飞机的广泛实用化。建立了适用于任意高度、任意纬度、任意指向的光伏组件面功率模型,并考虑了光伏组件的温度效应,通过能量仿真得出：在方位角跟踪方式下,滚偏角为90°的主动式光伏组件的日均面功率最优。然后在布局与能源综合设计思想指导下,建立了一套基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法,其组成模块包括各部件质量方程、气动效率方程、用于构建气动布局参数与全机光伏组件面功率特性之间映射关系的Kriging代理模型,以及参与总体参数匹配优化设计的量子粒子群优化（QPSO）算法及其多目标评价函数。面向高纬度与跨年驻留的设计指标,开展了机翼-帆尾太阳能飞机的方案实例设计,其中驻留纬度与高度指标分别为45°N和18 km。详细分析了此方案在23.5°N~55°N纬度域内的可持续高度包线。研究结果表明：与传统布局形式相比,机翼-帆尾布局形式大幅提升了高纬度地区冬季附近的光伏组件面功率,有效地减小了翼展尺度、机翼面积并提升了巡航速度,具有良好的应用优势。方案设计实例也验证了基于机翼-帆尾的太阳能飞机总体参数设计方法的可行性。     

球双锥外形稀薄过渡流区气动特性研究

采用风洞试验和工程计算相结合的方法,对球双锥类外形的稀薄过渡流区气动特性进行了研究。风洞试验在高超声速低密度风洞中进行,设计了高灵敏度的外式微量天平,解决了温度防护和高精度校准的问题,得到了球双锥外形在高度65km~75km、高超声速流动的气动力数据。在此基础上,结合球双锥细长体外形绕流的特点和DSMC数值模拟结果,从连续流粘性干扰模型、关联参数选取、过渡流搭桥函数等三个方面对现有工程计算方法进行了改进。研究结果表明:稀薄效应对球双锥外形的气动特性,尤其是轴向力系数和升阻比产生非常大的影响;计算与试验结果的对比表明,计算模型的改进效果显著,大幅度提高了预测值的准度。     

Decision-making of Aircraft Optimum Configuration Utilizing Multidimensional Game Theory

As multi-discipline coupling and components interference often affect the aircraft configuration decision-making and analysis during conceptual design process, this article presents an approach of multidimensional game theory based on aircraft components to deal with this problem. The idea is that the configuration decision-making process is regarded as the game for different disciplines and technologies, and the aircraft components are players. The payoff function with highest total gain means that according to the game protocols and multidimensional theory, the optimal aircraft configuration within the strategy set will be chosen. The decision-making model is applied to conceptual design process of the high altitude long endurance (HALE) unmanned aerial vehicle (UAV) based on the assessment of technological risk. The obtained optimum configuration is quite consistent with the current HALE UAV development trends. Thus, taking into account the coupling and interference factors, the multidimensional gaming model based on aircraft components will be an effective analysis method in the decision-making process of aircraft optimum configuration.     

高升力系统外形的数值模拟计算

分析和讨论了高升力系统外形无黏和黏性流动的物理特征,表明了流动现象的复杂性和求解的艰难性。深入研究了二维和三维高升力外形空气动力数值模拟计算的雷诺平均N-S(RANS)方程方法、计算结果、以及它们和实验数据的比较。二维结果表明压强分布、速度型等计算值和实验值吻合很好,但最大升力系数两者仍有差异。三维计算最大升力系数的结果与二维类似。还分析了影响计算结果的各种因素,包括计算网格、湍流模型、外形的几何模拟的逼真度等。特别指出了转捩模型研究对提高计算准确度的重要性。文中解释了研究高升力系统外型的数值模拟方法,以及同时发展能估算C_Lmax的工程半经验方法的重要性和迫切性。     

结冰风洞中液滴相变效应数值模拟

为明晰结冰风洞中液滴相变效应,发展了基于Euler法的气液两相传质传热耦合流动计算方法,探索了3 m×2 m结冰风洞主试验段构型相变效应对液滴传热过程的影响,开展了参数影响研究,评估了试验段内液滴过冷状态。结果表明：构型内液滴经历了先蒸发后凝结两个阶段,蒸发效应促进了准一维传热阶段液滴温度的下降趋势,使液滴温度趋于湿球温度,而凝结效应则抑制了三维收缩阶段液滴温度的下降趋势,进而增大了试验段液气温差,影响液滴过冷状态;增大初始相对湿度和试验段气流速度,会导致蒸发效应减弱而凝结效应增强,进而增强了相对湿度和气流速度对液滴过冷状态的影响程度,与此相反,初始液滴尺寸的增加,则会导致蒸发效应和凝结效应均减弱,进而减弱了液滴尺寸对液滴过冷状态的影响程度;在典型工况下,小尺寸液滴（液滴直径范围为40~100 μm）在高风速时（试验段气流速度大于164 m/s）将偏离过冷状态（液气温差超过3℃）。     

气隙构型对高频交流SDBD防除冰激励器的温升影响

等离子体激励具有电离效应、气动效应和热效应,可被用于飞行器防除冰。背面电极的气隙构型对于交流供电的沿面介质阻挡放电（SDBD）防除冰激励器的单周期放电次数和放电电荷分布均有影响,电源频率也为影响激励器温升的重要因素。目前对于交流SDBD温升效果的研究均是基于背面电极无气隙的构型,且缺乏激励频率大于15 kHz的高频条件。为此制作了背面电极有气隙和无气隙的对照构型,在35~55 kHz的高频范围内,采用电学特性、红外测温、放电形态相结合的方式研究了交流SDBD防除冰激励器温升特性。结果表明：施加相同的电压或频率时,背面电极有气隙构型的SDBD激励器的裸露正面最高温度相比无气隙构型激励器可提高至151.51%;背面电极气隙的存在也可以使激励器正面尤其是正面等离子放电反方向的温升区域扩大;增加频率使交流SDBD激励器的温度非线性提高,有助于降低高压击穿风险。     

民用飞机预冷器设计点选取方法研究

预冷器是民用飞机气源系统温度调节的重要部件,若发生超温将导致系统自动关闭,影响下游机翼防冰系统和空调等系统用气需求,对飞机安全性有重要影响,因此研究预冷器设计点满足温度调节需求对气源系统设计有着重要意义。首先分析了预冷器换热性能影响关系,进而对其性能影响因素进行分析,主要包括环境条件信息,飞机状态信息,气源系统引气构型。然后根据经验公式对某机型不同工况条件下预冷器换热功率因子进行计算。计算结果表明在严酷引气构型双发单引气条件下,极热天巡航或待机状态下,低高度、低马赫数、低重量条件为预冷器设计点。通过计算严酷工况下预冷器热边出口温度,对预冷器设计点进行校核,计算结果表明预冷器热边出口温度均满足预冷器预期温度,说明预冷器设计点选取满足设计需求。