高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性分析

研究双拉力螺旋桨复合式高速直升机的气动特性可以为高速直升机的设计及气动优化提供参考。基 于动量源方法构建针对双拉力螺旋桨复合式高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性数值计算及分析方法;对 孤立旋翼、旋翼/机身干扰进行算例验证;应用所构建的方法对双拉力螺旋桨高速复合式直升机悬停及前飞状 态的干扰流场进行数值模拟,分析机身对悬停流场影响及不同前飞速度旋翼/螺旋桨/机身干扰特性。结果表 明:悬停时机身对气流的阻塞作用降低了旋翼的升力,螺旋桨对旋翼下洗气流的加速作用使旋翼升力提高;低 速前飞时旋翼/螺旋桨/机身干扰较大,主要体现在旋翼下洗流造成螺旋桨滑流偏折以及机翼上表面压力分布 增大,高速前飞时这种干扰较小。     

倾转旋翼机多部件对机翼气动干扰的分析及优化

为研究倾转旋翼机各部件对机翼的气动干扰效应，建立了一套适用于倾转旋翼机流场CFD求解方法，提出并生成了一套由三棱柱/四面体组成的适用于倾转旋翼机多种飞行状态的非结构混合网格系统.以三维Navier-Stokes方程为主控方程，采用动量源方法进行倾转旋翼的模拟，并引入了高效的OpenMP并行加速技术等，提出了一套新型的动量源项添加及搜索方法.计算分析了倾转旋翼机旋翼/机身/短舱对于机翼气动特性的干扰影响，得出了一些对设计有指导意义的结论.采用基于径向基函数（RBF）的代理模型方法，根据机翼不同展向位置的干扰程度对各段翼型配置进行气动优化.优化结果表明:考虑气动干扰作用，在巡航速度下优化后的全机升阻比增长达到了36.78%.      

连翼机低速气动特性实验研究

连翼机具有前、后机翼,前翼后掠上反,后翼前掠下反;后翼在前翼展60％～100％之间与前翼相连。其前视图和俯视图均构成菱形。在低速风洞中对连翼机进行了纵向及横向测力实验,其中包括前、后翼几何参数改变对气动特性的影响。实验表明,与常规飞机相比连翼机具有如下优点:诱导阻力小,升阻比大且具有较好的失速特性。改变连翼机前翼上反角和后翼下反角对纵向气动特性影响不大,对横向气动特性有明显影响。减小前翼外段的后掠角可使俯仰特性得到改善。     

飞行器翼身结合部的散射特性分析

飞行器翼身结合部构成的两面角反射器是一个很强的电磁散射源,但由于其一个表面弯曲,分析这种结构的散射十分困难。采用复射线展开法和几何绕射法分别处理镜面多次反射和边缘绕射,计算了这种复杂结构产生的电磁散射和雷达截面贡献,分析了翼身两面角和机身半径等几何参数对目标雷达截面的影响。结果表明是一种有效的雷达截面预估方法,通过结构几何参数的计算机优化,可以显著地减小翼身结合部的雷达截面贡献。     

不同截面机身的RCS及气动特性研究

对三个“板块”多边形截面机身及圆截面机身模型进行了RCS隐身特性和低速气动特性的测试与研究,发现多边形截面机身不但具有良好的隐身性能,特别是机身侧面,无论是水平极化或是垂直极化,其RCS值均比相同截面面积的圆截面机身降低一个数量级,而且其气动特性不比圆截面机身差,其升力特性与最大升阻比均比圆截面机身好。最后还给出了考虑多边形侧边缘夹角的横向绕流粘性效应的经验修正公式,可供多边形截面机身的气动特性估算参考。     

基于WENO-分段线性格式的直升机流场数值模拟

发展了一套适合于格心格式求解器的基于加权本质无振荡(WENO)-分段线性格式的旋翼/机身气动干扰高精度CFD计算方法。应用该方法对多种旋翼/机身组合模型前飞算例进行了数值模拟,计算得到的机身表面压力系数分布与实验结果吻合良好,说明了该方法对旋翼/机身气动干扰研究的有效性。之后进一步将该方法应用到悬停状态的X3构型复合式高速直升机旋翼/机翼/螺旋桨组合模型的复杂流场模拟中,并与悬停状态孤立旋翼和旋翼/机翼组合模型的流场进行了对比。研究发现:机翼对旋翼下洗流起阻滞作用,引起机翼下方不规则流动,且螺旋桨滑流与旋翼下洗流会相互干扰产生一定的偏折,旋翼下洗流速度更大,螺旋桨滑流会产生明显的向下偏折。      

超声速翼身组合体激波阻力优化的EFCE算法

 超声速飞行器的横截面积分布对其激波阻力的影响十分显著,合理的机翼和机身横截面积分布可以显著降低其激波阻力。使用类别形状函数变换(CST)方法对机身进行基于横截面积分解的CST参数化外形表示,在此基础上提出了扩展的远场组元(EFCE)超声速翼身组合体激波阻力优化算法,并使用该方法对超声速客机翼身组合体进行外形优化,使其激波阻力系数降低了39%。研究结果表明:由于只进行一个方向上的面积分解,机身CST参数化所使用的参数数量和相应优化过程的计算量比机翼大幅降低;经过EFCE激波阻力优化的机身具有较为明显的面积率修形"蜂腰"特征。     

尾吊发动机短舱安装对机翼高速升阻特性的影响研究

尾吊式发动机短舱在全机影响下的气动设计十分复杂,其与机翼、机身、平尾等部件的气动干扰对全机的气动特性有较大影响.为了评估短舱安装对机翼高速升阻特性的影响,本文在计算流体动力学软件Fluent中对某型飞机的全机流场进行了数值模拟,着重考察了有无短舱以及短舱安装在不同位置对机翼表面流场的影响情况.计算结果表明,尾吊式发动机短舱安装将导致机翼升、阻力系数降低,但升阻比会有所提高;短舱安装越靠近机翼,机翼升、阻力系数下降越大,而升阻比越高.     

民用客机后机身外形设计研究

CC-200是一款单通道、中程大型民用客机。CC-200民用客机具有大展弦比、小后掠角、相对较低的巡航速度等技术特点。CC-200的后机身的外形长度为6.458 m,上掠角为12°,与地面水平线的最小间隙值为0.15 m。后机身外形及其它部段的外形采用CATIA V5软件建立了三维数模,后机身采用ESDU 80006和ESDU7011中的方法进行阻力增量的计算、评估。计算表明,在机身迎角一定的情况下,后机身阻力增量随着上掠角的增大而增大。     

直升机机身气动外形的低阻优化设计

直升机机身阻力是飞行阻力的主要来源之一,通过对机身外形的优化设计,能够实现直升机的高效低阻飞行.首先,把机身划分为头部、中段和尾梁三段,对其外形轮廓线进行CST参数化表示;其次,采用拉丁超立方法选取试验设计样本点,计算各样本点的阻力系数,构造Kriging代理模型,估计模型预测的精度;最后,选用序列二次规划算法对其进行优化,并对优化后的机身模型进行了风洞试验.通过计算分析可知:所建立的Kriing代理模型能够精确预测阻力系数值,优化后得到了机身的设计参数;机身阻力系数减小了15.3％,理论值与试验值吻合良好.     

Aeroelastic stability of full-span tiltrotor aircraft model in forward flight

The existing full-span models of the tiltrotor aircraft adopted the rigid blade model without considering the coupling relationship among the elastic blade, wing and fuselage. To overcome the limitations of the existing full-span models and improve the precision of aeroelastic analysis of tiltrotor aircraft in forward flight, the aeroelastic stability analysis model of full-span tiltrotor aircraft in forward flight has been presented in this paper by considering the coupling among elastic blade, wing, fuselage and various components. The analytical model is validated by comparing with the calculation results and experimental data in the existing references. The influence of some structural parameters, such as the fuselage degrees of freedom, relative displacement between the hub center and the gravity center, and nacelle length, on the system stability is also investigated. The results show that the fuselage degrees of freedom decrease the critical stability velocity of tiltrotor aircraft, and the variation of the structural parameters has great influence on the system stability,and the instability form of system can change between the anti-symmetric and symmetric wing motions of vertical and chordwise bending.     

旋翼BVI噪声的理论模拟与分析

ＢＶＩ噪声是旋翼产生的一种非常强烈的脉冲式噪声,本文应用理论模拟的方法分析了ＢＶＩ噪声的规律。对叶片表面非定常力的计算采用了有限翼展叶片对倾斜正弦式阵风的响应函数,声场计算应用了基于Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ声类比理论的频域方法。应用本文方法计算的ＢＶＩ噪声声压信号与实验结果比较吻合较好。     

用欧拉方程计算机翼与翼身组合体绕流

本文用保角转绘加剪切变换生成三维机翼与翼身组合体Ｃ－Ｈ型网格，并在这类网格拓扑上，用有限体积法研制出可供分析机翼与翼身组合体绕流的三维欧拉方程计算程序。本方法的特色是改进了机翼表面网格点的分布，使机翼后缘与网格线一致；采用了当量机身，使机岙表面到对称面光滑过渡；嵌入了边界层粘性修正。改善了计算结果。数值计算表明，对粘性影响较大的超临界绕流，边界层修正效果显著。     

飞机燃油温度仿真及应用

为研究飞行过程中燃油温度变化规律,采用热网络法建立油箱热模型,并在Matlab/Simulink软件平台上输入与飞行试验相对应的边界条件以验证模型可信度,在此基础上,分析了整个航程中各油箱隔舱燃油温度的变化规律。结果表明:该计算方法和仿真模型具有较高的可信度,试验值与计算值两者误差超过1.67 K的时间段中,模拟温度比试验温度高;多数航段内机身油箱燃油温度处于高位,为适航符合性审定重点关注对象,代表着整个燃油箱系统的可燃性暴露时间水平, 以巡航结束阶段为例,标准天长航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出25 K,标准天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出7 K,热天短航程下机身油箱燃油温度比机翼油箱燃油温度平均高出12 K;机翼油箱燃油温度在飞机下降阶段回升幅度较大,其可燃性暴露时间主要集中在航程结束阶段。     

长边条翼身融合过渡曲面的构造方法

 针对飞航导弹长边条翼身融合过渡曲面的构造展开研究,为满足融合过渡曲面过渡线能够由设计人员确定和长边条面必须是等截面的直纹面等要求,综合应用基于局部重新参数化构造过渡曲面和基于物理的能量曲面造型构造过渡曲面方法,并结合导弹弹身曲面是等截面直纹面的特点,通过构造翼身融合面、长边条面和头锥面3张曲面拼接来构造G-1连续的长边条翼身融合过渡曲面。提出了预先构造中间辅助面和辅助基曲面的方法,通过辅助基曲面和弹翼面上重新参数化局部基曲面间线性组合来构造翼身融合面。通过使中间辅助过渡面的边界切矢与弹身的纵向切矢一致,来保证长边条面与翼身融合面间的G-1连续性。最后利用基于物理的能量曲面造型方法构造与弹身和长边条面G-1连续的头锥过渡面。     

Analysis of thin-walled stiffened rods using the beam theory

The stress-strain state of thin-walled aircraft structures such as a wing or fuselage made of composite materials is determined based on the beam theory. The laminated skin is orthotropic. The solution was obtained without using the centroidal principal section axes and subdividing the problem in shear and torsion. A calculation variant with skin discretization along the section contour was studied.     

飞机机身着陆滑跑动态性能分析

飞机着陆滑跑过程中,机身结构将受到地面较大的冲击作用和振动激励。为预判结构局部危险部位,给结构强度设计提供参考,需对机身着陆滑跑过程中的动态性能进行分析。创新性地考虑了飞机滑跑速度和气动力的变化,计算得出飞机在着陆滑跑过程中较准确的气动力和起落架力,为有限元计算提供了可靠的外载输入。为降低计算规模,应用Patran合理设置约束条件,建立半机体有限元模型。最后将外载荷添加到半机体模型上,提交Nastran计算,提取机身各站位处的载荷响应峰值,做出动响应包线,预判结构局部危险部位,如机翼和机身框架连接处,为结构强度设计提供参考。     

旋转机翼飞机旋翼模式前飞状态干扰气动特性

和传统直升机相比,旋转机翼（CRW）飞机在旋翼模式前飞时各部件之间存在更为严重的气动干扰。为了获得旋转机翼/机身/鸭翼/平尾之间的非定常气动干扰规律,基于运动嵌套网格技术,通过求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程,建立了旋翼前飞流场数值模拟方法。首先对传统直升机旋翼/机身干扰模型进行了计算,验证了方法的可靠性,然后对某旋转机翼飞机全机在旋翼模式前飞状态下的非定常流场进行了数值模拟,并对各个气动部件上的非定常气动力和力矩的变化进行了分析。结果表明：飞机在旋翼模式前飞时,机身部件对旋转机翼的干扰较弱,在经过机身上方时拉力峰值仅略有增加;旋转机翼对鸭翼和垂尾干扰较弱,对机身和平尾干扰较强,随着前飞速度增大,旋转机翼对平尾的干扰会产生较大的升力损失和抬头力矩,需要引起重视。计算结果为该类飞行器的总体综合设计提供了参考。     

机翼连接耳片微动疲劳裂纹萌生机制

 对歼击机机翼全尺寸模拟疲劳试验的耳片断口进行了观察和分析,从断裂处存在磨痕和磨屑的形貌及耳片受力变形状态,证明耳片属于微动疲劳断裂。本文提出铝合金耳片和钢衬套接触时,微动疲劳裂纹萌生过程的模型。     

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。