仿真及有限元分析在机构设计中的应用

本文主要利用机械系统计算机虚拟仿真技术及有限元分析技术验证了大攻角腹撑系统设计的合理性。同时也为机构的设计提供了一种新的计算机辅助设计方法。     

大型客机低速构型高雷诺数风洞腹撑支架干扰数值模拟

风洞到飞行相关性修正是获取现代大型客机低速气动特性的重要手段，通常采用增压提高风洞试验雷诺数，而支架干扰修正是该修正体系的一个关键环节。采用数值模拟研究了增压风洞腹撑的支架干扰，并分析了腹撑对飞机各部件的干扰及其对风洞流场的影响。通过数值模拟与风洞试验对比，表明升力系数相差0.006，阻力系数最大相差0.001 2，俯仰力矩系数最大相差0.01，验证了CFD数值模拟方法的可靠性。CFD计算结果表明：腹撑使得全机升力增加、阻力减小，俯仰力矩增加；腹撑对升力影响的主要部件是机翼，腹撑使得风洞中心以上动压增加，提升上翼面流速，从而增加了机翼的升力；与传统认识不同的是腹撑对阻力影响为负，且主要影响部件为缝翼，原因为缝翼下偏使得法矢分量向前从而减小了阻力；腹撑对俯仰力矩影响的主要部件是机身及平尾。研究结果揭示了腹撑对飞机气动特性影响的量级、主要影响部件及其流场变化，可为支架干扰数据修正及支架优化设计提供参考。所得结论可更好用于支架干扰试验的开展及风洞到飞行数据的修正，具有一定的工程实用性。     

低速大迎角张线尾撑系统支架干扰影响研究

为了进一步提高低速大迎角试验数据的质量,掌握支架干扰规律,对φ3.2m风洞张线尾撑系统进行了支架干扰试验研究.研究结果表明:张线尾撑装置的横梁对飞机纵向的远场干扰量较小,大迎角区域内尾支杆对飞机纵向的近场干扰量较大;迎角小于15°范围内,支架使飞机偏航力矩系数减小、滚转力矩系数增大,随侧滑角增大支架干扰量增大;去掉立尾后尾支杆对俯仰力矩的干扰明显减小.     

基于张线尾撑的进气道低速风洞试验技术研究

为了在φ3.2m风洞中开展战斗机大迎角进气道特性试验研究,结合该风洞开口试验段及支撑装置的特点,研制了能够模拟战斗机进气道流量的小型引射器装置,发展了基于引射器/张线尾撑一体化设计的战斗机大迎角进气道试验技术.为了验证该项试验技术,研制了进气道流量测量装置,以及基于数字阀的气源控制系统;进行了装置性能研究,并利用某战斗机模型开展了飞机鸭翼对进气道性能的影响试验研究.研究结果表明:引射器引射流量达1.34kg/s,引射器/张线尾撑一体化方案可完全满足我国已有战斗机在3m量级风洞开展进气道试验的流量模拟及开展大迎角试验研究的需求;鸭翼对战斗机进气道性能影响研究为进气道试验模型外形模拟提供了依据.     

基于协同仿真环境的腹撑支杆有限元分析

以有限元静态分析理论为基础,将ProE和ANSYS10．0协同仿真环境（AWE）结合运用,完成了从腹撑支杆三维建模到有限元分析的整个过程,得出了腹撑支杆在5种典型工况下的应力场和位移场,并对其进行了强度和刚度的校核。在此基础上．研究了腹撑支杆关键尺寸的改变对支杆应力分布和变形结果的影响,并提出了改进措施。结果表明腹撑支杆满足设计要求。     

V型尾翼布局弹性体飞机操纵性分析

使用静气动弹性分析方法,对双尾撑V型尾翼布局飞机纵向静气动弹性特性随飞行动压、迎角、尾撑纵向弯曲刚度的变化趋势进行了分析,以期为类似布局飞机的设计提供参考。尾撑结构刚度对飞机的俯仰、偏航的操纵效率都有较大影响,需要结合飞行动压范围和质量要求合理选择尾撑结构的材料和尺寸,在设计时,严格控制尾撑的刚度指标。     

无人机单、双尾撑布局的结构效率研究

为了探讨在总体设计中单、双尾撑布局无人机的结构效率,本文采用工程梁方法对这一设计问题进行简化与建模,作为无人机设计时对结构因素的考虑。理论推导与实际算例结果均表明,双尾撑布局比单尾撑布局具有更高的结构效率,因而从结构刚度上能够解释很多无人机采用双尾撑布局的理由。最后,作者给出了3点结论。     

低速大迎角尾撑支架干扰试验研究

飞行器低速大迎角风洞试验是飞行器研制中必须进行的试验研究项目,而进行大迎角试验时飞行器模型大多采用尾部支撑方式支撑,目前国内对低速大迎角风洞试验结果中的支架干扰都没有进行相应的扣除.本项研究成果可作为今后支架干扰研究或扣除的参考,重点介绍了在中国空气动力研究与发展中心φ3.2m风洞中,利用张线支撑系统进行有预弯接头的尾撑支架干扰试验研究,获得了预弯尾撑支架干扰随迎角、侧滑角的变化规律,分析了不同形状尾撑支杆的支架干扰特性;并对尾撑支杆的几何参数进行了研究,获得了尾撑支杆长度对尾撑支架干扰量的影响规律,提出了尾撑支杆设计的建议.     

一种新型的仿生双尾推进器模型实验

针对单尾鳍摆动存在的机器鱼的摇艏问题,设计出双尾鳍仿鱼推进器,并将其应用于小水线面双体船,制作了仿生双尾推进的实验平台,在水池中进行了双尾推进试验研究.结果表明:双尾推进作为一种新型的仿生推进器,不仅解决了单尾机器鱼游动时鱼体的晃动问题,而且还具有优良的推进和操纵性能.笔者还采用计算流体力学软件FLUENT计算摆动尾鳍非定常流动的流场特性,结合单尾鳍和双尾鳍的不同流场特性分析了双尾鳍在摆动过程中的相互干扰问题,通过尾鳍流场的数值模拟,表明仿生双尾推进器的两个尾鳍在低频摆动时其相互干扰是有利干扰.