温度垂直递减率对飞机尾涡影响的数值模拟

为了更深入精确地研究航空器尾涡演变规律，保障航空器安全运行，本文采用数值模拟方法对不同温度垂直递减率下A330-300飞机尾流的耗散规律进行了研究。数值模拟选择SST (Shear stress transport) k-ω湍流模型，通过构建5种不同温度垂直递减率下的温度场，并在温度场内编译A330-300飞机尾流场实现不同温度垂直递减率下的演化。通过数值模拟结果与雷达探测数据的对比验证了数值模拟方法可靠性。计算结果表明，一般湍流强度下，不同的温度垂直递减率主要作用于尾涡衰减阶段，通过改变尾涡内外温度影响尾涡演化。温度垂直递减率越小，尾涡衰减区环量减小得越快；温度垂直递减率越大，尾涡下沉的速率越大，快速耗散后的涡核间距越大。     

基于数值模拟的飞机近场尾涡特征参数计算

尾流间隔是飞机起降和飞行过程的安全保障。近场尾涡特征参数是尾涡远场演变和消散研究的基础，是缩减尾流间隔以提升机场及空域容量的理论依据。采用雷诺平均法数值模拟A320飞机尾涡的近场演化过程，对近场尾涡特征参数的计算方法进行了研究。结果表明：与Hallock-Burnham模型相比，Lamb-Oseen模型能更准确地描述近场尾涡速度分布；采用平均椭圆法计算的近场尾涡涡核半径比采用传统方法计算的精度更高；数值模拟中，A320机型更适合采用3～12 m的平均环量值来描述近场尾涡强度。     

襟翼形式对扑翼获能特性影响的对比分析

提高新能源利用效率、减少石化能源的消耗，是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的关键。扑翼式获能器是一种可从流体中获取能量且结构简单、环境友好的新型获能装置。为有效提高传统扑翼获能器的获能特性，提出一种带有尾缘襟翼的新型扑翼获能器，并采用计算流体力学（CFD）方法对其获能特性进行了数值模拟研究，比较了采用不同偏转策略的带尾缘襟翼扑翼的绕流流场和获能效率，发现在一个运动周期里尾缘采用连续偏转（TP式）方法提升扑翼获能特性的效果最为显著。最后，对比分析了主动式的尾缘襟翼和被动式的格尼襟翼对其扑翼获能性能的影响。结果表明，尾缘襟翼对扑翼获能效率的提升主要体现在中高缩减频率工况（f*=0.12～0.22），在f*=0.18时获能效率最大，可提高到46.3%；而格尼襟翼对扑翼获能效率的提升主要体现在中低缩减频率工况（f*=0.08～0.14），在f*=0.12时获能效率最大，可提高到41.2%。因此这两种方法都具有实际应用前景和发展潜力。     

大涡模拟技术在航空湍流研究中的应用

航空湍流是威胁飞行安全的重要因素，它的形成机制复杂，一直是航空气象研究中的重点难点问题之一。近年来，随着大涡模拟（large eddy simulation,LES）技术的发展，LES已经成为研究航空湍流问题的重要方法。本文围绕在飞机起降阶段的飞机尾涡和低空湍流以及巡航阶段的对流湍流、山地波湍流和晴空湍流这五类航空湍流对飞机颠簸造成的影响，综述了LES技术在相关方向的研究进展，并对LES技术应用中亟需解决的问题及未来的重点研究方向进行了总结与展望。整体来看，航空湍流的LES模拟研究已经取得较大进展，高分辨率的LES可以更加明确航空湍流的来源和生命周期，显著提升了对航空湍流的机制认知和诊断预警能力。但在机制方面，对各种复杂湍流过程的相互影响机制仍然不够清楚；在数值模式技术方面，LES模拟与模式初始状态、边界条件和模式参数化方案的敏感性问题仍然有待解决。未来，LES与中尺度区域模式变网格嵌套技术、动态网格技术、集合预报与概率预报技术的发展，以及与深度学习等方法的结合都将进一步有效提升LES在航空湍流模拟方面的计算效率和预报能力。     

某型飞机尾橇装置收放系统设计与研究

尾橇装置是飞机最小离地速度科目试飞中的核心装置，在做科目试飞滑跑过程中，尾橇装置可以吸收飞机尾部与地面撞击产生的冲击能量。尾橇装置的收放系统性能需要满足两个设计指标：一是在飞机离地起飞后尾橇装置能够达到完全收起状态，以减小该装置暴露在蒙皮外的部分对飞机气动外形的影响；二是在飞机地面停机状态下，尾橇装置能够达到完全伸长状态，以保证下一次最小离地速度科目试飞时有足够大的缓冲行程用以吸收冲击能量。针对该尾橇装置设计了一套收放系统，分析了其收放原理，并通过MSC.ADAMS软件和AMEsim系统控制模型联合仿真计算其收放性能，研究了气囊初始充压对收放性能的影响。结果表明：该收放系统设计合理、性能可靠，在气囊初始充压4 bar时可以同时满足两个收放设计指标的要求。     

基于麦克风阵列小波分析的中低雷诺数尾缘噪声研究

随着机体噪声逐渐成为民机降噪的关键,作为典型气动噪声源的翼型噪声是未来更低噪声民机必须关注的部分。中低雷诺数下尾缘离散噪声存在阶梯的频率速度关系、层流要求以及偶极子噪声等特征,其噪声机理涉及稳定性理论和反馈回路。尽管尾缘噪声的产生出现和强度都得到比较广泛的研究,但尾缘噪声的空间分布研究尚不充分。基于二维平面麦克风阵列,小波系数和CLEAN-SC算法对于尾缘噪声进行时频域分析。实验在北航D5气动声学风洞进行,使用Kevlar布构成的闭口实验段对于300 mm的NACA0012翼型进行噪声研究。通过实验中发现的固定频率范围内存在强度维持现象,基于小波分析拆解出对应的空间时域上声源强度的位置间歇性移动,提供可能存在的反馈回路内部更为复杂噪声机理的依据。     

复合材料尾桨叶梁恒张力缠绕设计及应用

针对某直升机尾桨叶梁的异型缠绕进行分析.在对复合材料(预浸料)叶梁缠绕规律进行理论分析的基础上,建立了异型缠绕运动控制方程,给出了控制参数的数学描述.根据该缠绕理论设计了纤维缠绕机的张力控制系统.试验结果表明:张力波动控制在(70±3)N内,较好地满足使用要求.     

ARJ21飞机遭遇不同前机尾流的响应和安全性研究

为研究在实际飞行中国产ARJ21飞机遭遇前机尾流时受到的气动力、力矩及飞行安全问题，基于经典尾涡模型和空气动力学响应模型，对ARJ21飞机遭遇尾流的响应和安全性进行了分析。首先，通过尾涡耗散模型和速度模型，建立了不同前机尾涡速度场；然后，根据ARJ21飞机空气动力学响应模型进行求解，得到其升力和滚转力矩；最后，将计算结果与过载增量指标和滚转力矩系数指标进行比较，分析了国际民航组织(ICAO)规定的中型机尾流间隔下ARJ21飞机的飞行安全性。研究结果表明：当ARJ21飞机以ICAO规定的中型机尾流间隔遭遇尾流时，过载增量均小于0.15(即处于无颠簸状态),最大滚转力矩系数均小于0.048;当滚转力矩系数在0.048～0.070时，相比于ICAO规定的中型机尾流间隔，ARJ21飞机跟随中型机的尾流间隔可以缩减2.2～2.7 km,跟随重型机的尾流间隔可以缩减0.7～1.8 km,跟随超重型机的尾流间隔可以缩减2.4～3.4 km。