跨超、高超声速风洞模型动导数试验技术研究

介绍了气动中心高速所为航空航天飞行器所开展的动导数试验技术研究,主要包括高速大攻角动导数试验技术、再入体模型配平状态动导数试验技术及基于气体轴承的高超声速风洞模型滚转阻尼导数试验技术。阐述了这些试验技术的试验设备及测试系统,给出了典型的试验结果,并进行了分析与讨论。     

再入飞行器的鲁棒设计技术研究

本文将鲁棒最优设计技术应用于再入飞行器被动式滚转控制问题，分别建立了二次滚转共振和滚转过零问题的鲁棒设计定义和数学模型，通过对关键小不对称量（如ｒｃｇ，Ｃ１０，Ｃｍ０）的容许偏差的限制，确保二次滚转共振和滚转过零概率在设计者期望的范围之内。本文给出了一个实际的设计例子，并用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ随机抽样方法进行验证。结果表明，本文的思路是正确的，方法是可靠的。     

飞机大振幅滚转运动动态气动特性实验研究

在南航NH-2低速风洞中,对BJ-1飞机模型动态气动特性进行了实验研究.模型在不同攻角、不同振幅和不同频率时绕体轴作大振幅滚转运动,测量了模型的动态气动特性,着重分析了模型不同运动参数对模型滚转力矩和偏航力矩的影响.结果表明,模型攻角从小到大变化过程中,模型的滚转阻尼和偏航阻尼变化很大,滚转力矩和偏航力矩迟滞环变化方向发生改变.模型滚转频率对模型的滚转阻尼和偏航阻尼影响不明显,只改变力矩迟滞环的大小.随着模型振幅增加,滚转力矩和偏航力矩迟滞环从一个变成3个,出现2个交叉点,大滚转角时滚转阻尼和偏航阻尼特性与小滚转角时的相反.     

再入体动导数试验技术

外形短粗，飞行姿态复杂，其动导数量级很小的再入体模型，安装在新研制的尺寸小，厚度薄的整体结构之天平元件上，天平与尾支杆相连，由气活动塞推动拨杆，经过拨螺钉撞击模型上的楔块并驱使模型作自由振动，从而测量了大攻角俯仰，偏航及滚转动导数。     

机动式再入弹头小滚转气动力风洞试验技术

基于气浮轴承的自由滚转式小滚转力矩测量系统的风洞试验技术,针对传统的惯性再入武器向再入机动武器发展需求,利用多孔光栅及高灵敏度光电传感器测量带小突起（如边条,小配平翼）的非轴对称模型自由滚转状态下的角速度随时间的变化过程。采用理论验证、最小二乘拟合、动力学仿真计算等方法,建立相应滚转力矩气动力模型进行试验数据处理和分析。风洞试验结果显示,数据大小合理,规律性好,同时可获得试验模型在滚转运动中的滚转气动力随时间的变化曲线,以及任意滚转角位置的小滚转静力矩,能够满足机动式再入弹头小滚转气动力测量试验的发展需求。     

超音速翼的滚转涡阻尼

本文基于小展弦比锐缘翼在滚转和有攻角状态下翼面的分离涡流场及文献[1]的涡升理论,按超音速线化理论导出了小展弦比锐缘翼在滚转和攻角状态下分离涡引起的滚转涡阻尼的理论计算式。按导得的理论结果,给出了翼面组合参数的滚转涡阻尼因子的部分变化图。本文,同时也给出了本方法与现行的势流理论的部分结果的比较。     

静态滚转角对双三角翼涡流特性影响的数值研究

采用微可压缩模型（SCM）做为双三角翼低速流动控制方程,采用二阶Roe格式和LU-SGS方法离散控制方程。研究20°根弦名义攻角下,76°/40°双三角翼具有不同静态滚转角下的定姿态涡流特性。研究给出了不同滚转角下的空间涡流及表面极限流线,对滚转引起的攻角、侧滑角效应以及后掠角效应进行了分析,并对这些效应引起的流场结构、表面压力分布及气动力/力矩特性的变化进行了分析。结果表明：SCM能够较好地模拟低速双三角翼背风区的复杂涡流场,方法稳定性、收敛性较好 静态滚转导致双三角翼背风区涡流呈现复杂的非对称现象和涡破裂特征,并导致升力下降、横向稳定性变差。     

滚转振荡指标在再入无人飞行器上的应用研究

深入研究了飞行品质规范中滚转振荡指标的物理意义,探讨了以侧滑相位描述滚转振荡指标的机理,分析了影响滚转振荡指标边界的三个因素。针对再入无人飞行器各飞行阶段,分析了滚转振荡指标的适用性。最后,基于方向舵交叉控制可以减小滚转速率振荡幅值比的控制策略,针对再入无人飞行器对滚转振荡指标的边界进行了初步拓展,为再入无人飞行器飞行品质指标的制定提供了一种思路。     

MF-1弹道设计与蒙特卡罗飞行仿真

MF-1是我国的首次高超声速空气动力学基础问题研究模型飞行试验。本文研究建立了MF-1试验飞行器弹道设计与拉偏仿真数学模型,开展了MF-1弹道设计和拉偏仿真计算。对结果分析表明,对于MF-1这类无控飞行器,某些条件下可能在飞行过程中发生滚转共振现象,导致飞行总迎角迅速发散,气动过载显著增加,飞行弹道严重偏离设计弹道,甚至可能出现解体风险。通过严格控制飞行器加工和安装偏差,有助于降低滚转共振发生概率。     

机动再入体的带落角约束扩展比例导引律设计

传统的各种制导律都是以获得最小脱靶量为最终目标,没有考虑到导弹击中目标时刻的末端落角。为了保证非自旋再入体完成精确打击目标的任务,针对非自旋再入体垂直打击目标的制导问题,设计了一种带落角约束的扩展比例导引律。仿真研究表明,所设计的末制导律能够保证非自旋再入体命中目标时的脱靶量和末端落角都能满足要求,可以为开展近空间非自旋再入体制导问题的研究提供测试平台。     

火星大气非平衡条件下驻点热流计算公式的探讨

针对目前绝大多数火星再入飞行器驻点热流公式未考虑热力学非平衡效应故而适用性及准确性存疑的问题,分析了典型的零攻角驻点热流公式Fay-Riddell公式在火星再入飞行器热力学非平衡驻点热流计算中的局限性;然后采用数值计算方法,对涵盖火星再入飞行器飞行状态的大范围计算状况开展了热力学非平衡模拟,并对模拟得到的驻点热流公式进行拟合,得到了适用于火星再入飞行器热力学非平衡条件下的零攻角驻点热流计算公式;利用Mars Pathfinder飞行数据对公式进行了验证,计算表明,对于验证的计算状态,该公式的计算误差小于10%,符合工程预估的可接受误差范围。     

机动再入体的带落角约束扩展比例导引律设计

传统的各种制导律都是以获得最小脱靶量为最终目标,没有考虑到导弹击中目标时刻的末端落角.为了保证非自旋再入体完成精确打击目标的任务,针对非自旋再入体垂直打击目标的制导问题,设计了一种带落角约束的扩展比例导引律.仿真研究表明,所设计的末制导律能够保证非自旋再入体命中目标时的脱靶量和末端落角都能满足要求,可以为开展近空间非自旋再入体制导问题的研究提供测试平台.     

非对称转捩对钝锥静稳定性的影响

一、引言 当再入飞行器进入大气层时,在一定的高度范围内会发生边界层转捩。飞行试验的结果表明,在转捩的高度上出现了攻角发散的现象,从而影响了飞行器的性能。因此国外从六十年代起就已注意这个问题了。早期的研究主要是对称转捩问题,但后来发现,所谓“非对称转捩”对稳定性的影响更大,所以七十年代以后逐渐侧重于非对称转捩的研究。代表这些研究成果的主要文献有[1]—[4]等。     

关于钝锥体气动力特性分析及最优化外形选择

在高M数和小攻角α下钝锥体外形都存在最佳钝度比(R_N/R_B)~*,使其压心系数达到高峰值。在再入飞行器外形设计中可以利用这一特性使所选择的外形有较好的飞行力学性能,如可减少滚动共振出现的概率等。文中给出确定最佳钝度比的经验公式,提出了重阻比β的定义;并推荐计算落速的近似公式。最后,利用最佳钝度比的思想,提出了再入飞行器气动力外形的最优化设计方法。     

鸭式导弹尾翼滚转特性数值研究

为了分析鸭式布局导弹翼面滚转特性,采用求解三维可压缩雷诺平均N-S方程组的方法,分析研究表明,鸭式布局导弹尾翼诱导滚转力矩主要来源于翼面。当舵面进行差动偏转进行滚转控制时,不对称下洗流动会上在翼面附加滚转力矩,这种影响随攻角变化。     

Φ1m高超声速风洞小滚转力矩测量技术

为了满足再入飞行器的不断发展需求,准确测量再入过程中烧蚀作用所产生的小量级滚转力矩,本文在近年来小口径高超声速风洞中再入飞行器小滚转力矩测量技术研究工作基础上,创新改进以气浮轴承为核心建立的低阻尼自由滚转测量试验技术,利用传统试验数据处理方法结合飞行动力学仿真等多种设计和数据分析手段,最终实现大口径高超声速风洞高马赫数、大迎角条件下多个状态点的再入飞行器试验模型滚转气动力矩精细化测量。风洞试验结果表明,试验系统工作稳定可靠,试验数据完善、合理,能够为再入飞行器的相关设计工作提供重要依据。     

对大上反效应飞机急滚耦合特性的计算和分析

通过五自由度模拟计算,发现从小迎角进入滚转时,容易出现急滚耦合不稳定,发散的滚转机动总是伴随着有利侧滑、正值的迎角和低头的俯仰速率。从计算结果分析说明,滚转中的有利侧滑是造成急滚耦合不稳定的重要因素。对五自由度非线性方程的线性化分析,证明了侧滑角、俯仰速率和迎角影响大上反效应飞机的急滚耦合稳定性,改变了临界滚转率和稳定判据。本文最后讨论了关于改善急滚耦合问题的增稳系统结构和作用。     

平头增阻再入体俯仰动态特性计算与流动机理分析

采用自由振荡法数值模拟了一种平头增阻再入体的高超声速俯仰动态特性,沿用稳定性导数模型作为动态特性的指标,通过把稳定性导数视为攻角的函数来考虑非线性影响,并应用奇异分解线性最小二乘法辨识稳定性导数。对于本文研究对象,计算结果表明,平头外形在较高马赫数和小攻角范围内存在动不稳定现象,随着再入时马赫数的降低,动不稳定的攻角范围不断缩小,直至演化为动稳定的。文中对平头外形出现这种动态特性现象的空气动力学原因进行了分析,有必要作进一步的确证与研究。     

小不对称再入体滚转气动力测量技术

为了解决小不对称再入体滚动气动力测量问题，北京空气动力研究所研制开发了以空气轴承为核心的滚转气动力测量技术，利用空气了轴承自身旋转阻尼非常小的特点，使模型做自由滚转运动，一个特殊设计的非接触的光学测量系统测出模型的转角随时间的历程，用参数拟合的方法得到滚转力矩的大小和方向。为验证该项实验技术的正确性与可靠性，在φ500高超声速风洞中对4个模型进行了吹风实验，吹风马赫数为5，测量滚转力矩系数C10和滚转阻力矩系数C1p。实验结果表明，该文方法数据合理，并较其它方法更具有鲁棒性。     

再入飞行器压心测量方法研究

在常规测力风洞试验中,测量天平可以测量出飞行器的气动力和对飞行器质心的气动力矩,按照常规的压力中心计算方法,求得的压力中心位置为气动力作用线与飞行器纵轴的交点,而不是飞行器真实压力中心的准确位置。针对再入飞行器风洞试验常规压心测量无法反映压心确切位置的问题,通过攻角连续变化和数据实时采集技术对再入飞行器压力中心进行了研究,得到了飞行器压力中心具体位置的测量与计算方法,以及其随攻角变化的变化规律。结果表明,得到的计算方法可以准确得到再入飞行器的压心位置。同时还导出了CN和CA分别对飞行器质心产生的俯仰力矩大小的影响:随着攻角的负向增加,CA对Cm的贡献逐渐增加,CN对Cm的贡献逐渐减小,压力中心实际轴向位置和常规计算值中压力中心和纵轴交点位置的差量逐渐增大,而压力中心的法向坐标值并不大;对于再入飞行器,CA对Cm的贡献很大,不能忽略或简化。