飞行器脉动压力测量及校准技术研究现状

脉动压力来源于飞行器表面凸起物产生的气流分离,具有明显随机特性。其测量与量值校准准确与否直接决定飞行器研制和试验成败,是飞行器研制过程中一项重要内容。本文简要阐述了飞行器脉动压力测量、测量脉动压力用传感器的特点及其校准等内容。     

激波风洞7°尖锥边界层转捩实验研究

高超声速边界层转捩对摩阻、传热等有重要影响，飞行器的研制迫切希望能精确预测和控制边界层转捩。在JF8A激波风洞中开展了7°半锥角的高超声速尖锥边界层转捩实验研究，利用响应频率达到1 MHz量级的高频压力传感器对尖锥壁面脉动压力进行了测量，并结合热流测量结果，研究了高超声速尖锥边界层中扰动波的发展过程。实验结果表明:JF8A激波风洞在雷诺数为6.4×106/m状态下核心流的自由流噪声为2.8%；高频脉动压力测量技术能清晰地捕捉转捩过程中的第二模态波及其发展历程，试验状态下模型的第二模态波频率范围为165~206 kHz。当前研究结果能够为高超声速数值方法验证提供数据支撑。      

脉动压力发生装置数值模拟

针对脉动压力传感器校准试验,为验证脉动压力校准系统的压力发生装置可行性,研究不同安装位置对传感器校准曲线的影响。采用了SIMPLEC算法,利用FLUENT软件对脉动压力发生装置的运行过程进行数值模拟,得出压力发生装置内气体的压力分布规律,验证了校准装置的正确性,同时证实传感器的安装位置对校准曲线的相位、幅值有一定影响。     

一种新的动态压力校准装置

介绍了最新研制的动态压力传感器频率特性连续校准装置.该装置既可作为正弦压力校准装置使用,也可作为扫频测量装置对压力传感器进行扫频测量,直接获得压力传感器的幅频特性和相频特性曲线,从而达到对动态压力传感器频率特性连续校准的目的.装置单频测量压力幅值比与扫频测量压力幅值比的误差低于±1％,相位误差低于±0.5°.装置的扫频频率范围为(0.1～10 000)Hz,工作压力范围为(0.25～10)MPa.     

球头锥-柱再入飞行器的动力环境预示

考察了超声速和高超声速流场中一类球头锥-柱再入飞行器表面稳定压力和脉动压力的分布特性,利用CFX(Computation Fluid Explorer)软件建立球头锥-柱的外流场域网格,对其进行定常、非定常流场分析,给出一套预测表面稳定压力和脉动压力环境的工程新方法.将该方法与理论和经验估算方法进行了对比分析,验证了该方法的可行性和适用性.同时利用该方法研究了马赫数、来流攻角等因素对再入飞行器表面脉动压力环境的影响.利用ANSYS大型软件建立了再入飞行器导弹头部的动力学分析模型,根据确定的再入飞行器表面脉动压力环境和随机振动分析理论,采用有限元谱分析方法计算得到该飞行器弹头部件的随机振动响应加速度的均方根值和功率谱密度曲线,计算结果满足工程应用的要求.      

类X-51A飞行器非定常湍流精细模拟

针对类X-51A飞行器在超声速大迎角状态下存在的大范围非定常分离流动,开展了精细化湍流数值模拟研究。计算基于高阶格式下的延迟分离涡模拟方法（DDES）,来流马赫数为2.5,迎角为10°。分析了该复杂流场中存在的分离流动现象、分离流动诱导的气动特性变化规律以及压力脉动特点;其中重点研究了壁面压力脉动强度分布情况和监测点压力脉动频谱特性。分析结果表明:飞行器大迎角飞行时从侧缘诱导出明显的分离涡,并对尾部舵面产生干扰;受干扰尾舵表现出明显的非线性及非定常气动特性;分离涡的存在导致飞行器尾舵前缘等位置的壁面压力脉动显著增强,200~300 Hz的低频高幅值脉动可能会导致结构破坏。      

高压气体压力现场校准方法研究

针对高压气体压力仪表现场校准的具体要求，提出高压气体压力现场校准方法。介绍了目前国内外高压气体压力现场校准领域内的研究现状及校准用标准器的技术要求，现场应具备的环境条件，校准项目，校准点的选取。本校准方法在被校准压力仪表的使用范围内校准，不需要拆卸压力仪表，大大便利了现场高压气体压力仪表的校准，对高压气体压力仪表现场校准测量不确定度进行评定及验证。     

正弦压力信号幅值测量无差算法研究

正弦压力校准常用比较法，通过比较标准压力传感器与被校压力传感器在同一正弦压力源中的响应完成被校传感器的幅值校准。对正弦压力信号幅值的测量算法进行了研究，提出了一种控制采样频率为标准激励信号频率整数倍的算法，可实现幅值的无差运算，理论推导和仿真实验表明，该算法能有效提高单频校准的准确度。     

一种旋转扭矩校准装置的测量不确定度评定

针对旋转扭矩校准问题，研制丁-种旋转扭矩校淮装置，并基于该装置建立了旋转扭矩测量模型，详细分析了彫响旋转扭知测量不确定度的因素，深人介绍了各不确定度分量的评定方法，为最终建立旋转扭矩校准规范奠定了基础。     

激波管在压力传感器动态性能校准和实验上的应用

通过对最新研制的激波管法低压动态压力校准装置的介绍 ,结合实际工作经验阐述了激波管在压力传感器动态性能校准和实验上的应用。     

湿滑跑道飞机着陆轮胎-水膜-道面相互作用

基于飞机在湿滑跑道着陆时轮胎-水膜-道面相互作用流体力学平衡,得到道面积水水膜厚度、飞机行驶速度和轮胎花纹沟槽深度为动水压强的主要影响因素。以波音737-800的主轮胎为主要研究对象,建立轮胎-水膜-道面相互作用三维模型,基于Fluent软件建立三者相互作用有限元分析模型,采用流体体积函数(VOF)法获得轮胎迎水面水流分布情况和平均动水压强,利用上述有限元模型对动水压强影响因素进行规律性分析,得出动水压强的显著影响因素为道面积水水膜厚度和飞机行驶速度,动水压强与水膜厚度及行驶速度呈正相关,水膜厚度大于3 mm时水膜产生的动水压强增长较快,等于12 mm时动水压强达到并超过胎压(1.47 MPa),存在滑水风险。行驶速度小于100 km/h时,动水压强值小于胎压,不存在滑水风险。基于上述分析结果建立动水压强与水膜厚度、行驶速度和轮胎花纹沟槽深度之间的相关关系式,考虑着陆升力的影响,获得不同降雨条件下波音737-800临界滑水速度及着陆距离延长值,为飞机着陆安全行驶提供重要理论依据。     

复杂外形网格生成技术及应用

以某型双立尾战斗机为例,给出了实际复杂型号飞行器结构网格生成的一种分块方案及实现过程,用一种矢性三次多项式插值的方法生成相邻块公共交界面的网格,用Hilgenstock方法修正源项,求解椭圆型方程生成块内空间网格,使网格线与边界面夹角、与边界面间距控制为期望的值.在所生成的双立尾战斗机分块结构网格中求解Euler方程,获得了合理的全机气动力系数、翼面压力分布和绕流图谱结果.     

机载智能泵源系统的总体方案

高压化、大功率等是机载液压系统的主要发展趋势.基于传统的机载恒压变量泵源系统,机载液压系统的高压化、大功率必然要带来系统无效功率的增加,从而导致系统温度急剧升高,这是未来飞机发展的一个难题,高压变流量变压力智能泵源系统是解决此问题的最佳途径.提出了一种高压变流量变压力机载智能泵源系统的总体方案.采用微机对泵源系统进行主动控制.该系统具有流量、压力、功率和综合4种工作方式,同时,该系统还具有故障工作方式和一定的状态监测功能.     

飞翼布局飞机舵面偏转速率设计

舵面偏转速率的大小是飞机飞行控制系统设计的重要约束之一.当偏转速率饱和时,在外界干扰或操纵下,飞机可能进入自激振荡(PIO)状态,导致飞行品质下降.建立了飞翼布局飞机舵面偏转速率限制值的设计方法,给出了某大展弦比飞翼布局飞机的三轴主操纵面偏转速率设计的算例,分析了偏转速率限制对飞机动态响应特性的影响及其与飞机本体气动导数、转动惯量、展弦比构成的组合参数间的关系.结果表明:对于大展弦比飞翼布局飞机而言,其横向主操纵面偏转速率限制值要求最高,纵向次之,航向最低.研究方法和结果可用于飞翼布局飞机的操纵舵面与飞行控制系统初步设计时参考.      

基于FPGA的无人机气压高度测量系统的研究及实现

无人机由于轻巧灵活等特点,在现代战争探测中得到广泛应用。气压高度是控制无人机正常飞行的一个很重要的参数,它是保证无人机完成任务的关键所在。目前,常用的办法是通过测量大气静压来间接测量无人机高度。一个基于FPGA的无人机气压测高系统的实现,较之单片机实现,它具有抗干扰性强,工作稳定可靠等特点。     

双尾撑布局飞机飞行载荷分析

对双尾撑布局飞机进行飞行载荷和气动导数分析,重点分析尾撑纵向弯曲刚度和飞行动压变化,对纵向气动力导数、各操纵面效率以及载荷分布的影响.尾撑纵向弯曲刚度变化会引起纵向静稳定性、平尾升降舵的操纵效率及反效速度、平尾的载荷分布的显著改变.尾段刚度尤其是尾撑的纵向弯曲刚度往往会构成双尾撑布局飞机气动弹性设计的薄弱环节,在设计时应该严格控制尾撑的刚度指标.      

考虑管路的飞机液压刹车系统压力振荡分析

飞机液压刹车系统通常采用压力伺服阀控制刹车压力,由于布局限制,压力伺服阀和刹车作动器之间往往存在较长的液压管路.管路会给系统引入欠阻尼的频率特性,而且该特性会与压力伺服阀固有的局部压力闭环结构相耦合,使得压力伺服阀的输出压力容易出现振荡、失稳现象.因此通过在飞机液压刹车系统建模中考虑管路模型,在频域上分析了压力伺服阀与管路、容腔耦合的现象和原因,具体给出了管路参数和油液参数变化对压力闭环的影响,并通过时域仿真进一步验证了频域分析的结论.同时分析了匹配设计管路、增加系统阻尼和降低系统增益3种避免压力闭环控制振荡失稳的方法.为飞机液压刹车系统的设计与优化提供了理论参考依据.      

航空综合体对地攻击作战效能评估方法

航空综合体作战效能评估是武器装备和战略发展研究的重要内容.讨论了航空综合体机载空对地导弹的可攻击区及航空综合体的首攻概率.建立了在一次出击中航空综合体单机在对地攻击阶段作战效能和机群对地攻击作战效能的数学模型.给出了在一次出击中航空综合体在攻击阶段对目标的平均杀伤概率和航空综合体被击毁概率的计算方法,航空综合体在一次出击中单机平均杀伤目标的数目和机群平均被击毁概率的计算方法.在效能指标中反映出与对地攻击靶场效能、对国土防空系统突防效能以及对要地防空系统突防效能的关系.为评定航空综合体多步骤作战行动的作战效能奠定了基础.     

飞行器RCS预估计算前置处理的曲面元方法

飞行器RCS预估计算是隐身技术研究的基础和重要研究内容.论述了利用计算机图形学方法,使用NURBS曲面和Bézier曲面进行飞行器RCS预估计算前置处理的方法.可以实现几何模型的消隐、拼合以及NURBS曲面向Bézier曲面的转化.结果表明该方法不同于以往基于平面元的预估方法,具有消隐效果好、精度高的特点.      

飞机波浪水面迫降过程中极限冲击载荷数值研究

针对飞机在波浪水面迫降过程中机身所受的极限冲击载荷大小及其物理成因问题，采用数值模拟方法展开研究，结合有限体积法和流体体积（VOF）法捕捉自由面，采用六自由度（6DOF）模型和整体运动网格（GMM）处理水面与飞机之间的相对运动，模拟飞机的迫降过程。通过选择飞机相对水面下沉速度最大的波面相位作为迫降触水位置，预报机身所受的极限冲击载荷大小。结果表明:在波浪水面迫降的触水阶段中，机身遭遇了平静水面未预见的冲击峰，同时冲击峰值大小与飞机相对水面的下沉速度有关。此外，对比了在5种不同波高海况下飞机迫降的运动姿态和过载变化历程，给出了波高对极限冲击载荷和其余各参数峰值的影响规律，为飞机载荷分布设计提供参考依据。