大型运输机高升力系统安全控制策略研究

描述了大型运输机高升力系统组成及工作原理,从气动、结构、控制及适航要求等方面进行设计需求分析,提出一种安全控制策略,并对具体实现方法进行研究,为大型运输机高升力系统设计提供参考。     

大型飞机高升力系统的发展及关键技术分析

高升力系统是大型飞机实现安全起飞和着陆功能的独立分系统,对飞机的安全性和经济性等方面有重要影响.现代大型飞机的高升力系统在作动能量传输方式上采用集中驱动,在控制信息处理模式上采用容错式双余度数字电传控制.高升力系统的关键技术体现在高效率机械作动系统的设计和处理多状态复杂控制逻辑的高升力控制系统设计等方面.     

高升力控制系统技术发展与产业化

高升力控制系统（HLCS）或称高升力系统（HLS）,是为驱动飞机前缘襟翼或缝翼以及后缘襟翼,改变飞机翼型,达到提高飞机低速时的升力和飞行稳定性而构建的功能系统。在大型飞机上,高升力控制系统与主飞控系统（PFCS）、     

基于代理模型的自适应后缘翼型气动优化设计

针对具有自适应后缘的跨声速翼型,基于代理模型和遗传算法相结合的优化方法,开展考虑自适应后缘结构约束的翼型气动优化设计研究。结果表明,低升力系数下翼面流场没有明显的能量损失,不同设计升力系数得到的自适应后缘翼型阻力相差不大;高升力系数下翼面附近存在激波,翼型阻力主要由激波强度决定。对于以低升力系数为设计点的基本翼型,通过后缘自适应变弯来调整载荷分布,可以降低翼面激波强度,减小翼型阻力;对于以高升力系数为设计点的基本翼型,可以直接通过气动优化来消除翼面激波,使得翼型阻力达到最小。因此对于带有自适应后缘的翼型,为了实现宽升力系数范围内的阻力最小,应首先以高升力系数为设计点完成基本翼型的气动优化设计,然后以低升力系数为设计点完成自适应后缘外形的气动优化设计。     

信息——波音应用NASA风洞测试787高升力系统设计

目前波音公司购买了NASA兰利研究中心美国国家跨声速风洞设施的试验时间，正对787飞机的高升力系统设计进行评估。高升力系统包括用于提高机翼升力性能的襟翼和前缘缝翼，以保证飞机安全、高效起飞和着陆。为试验新的高升力概念，波音开发人员设计了新的787型后缘襟翼，并将其安装在已有的777半翼展模型上。     

高压捕获翼构型的跨流域气动特性

高压捕获翼(HCW)构型是一种满足高速飞行器高容积、高升力、高升阻比的设计需求的新型气动布局.最近研究表明,HCW构型能够提高飞行器在连续流区的升力和升阻比,缓解飞行器设计中高容积率与高升阻比间的矛盾.为探究该气动布局在过渡流域(70～100 km)的气动特性,以一种楔—平板组合的高压捕获翼原理性构型作为模型,采用直接...     

基于飞机铁鸟台架的模拟机翼气动变形方法研究

在机翼受气动力变形过程中,高升力系统驱动线系会发生伸缩变形,高升力系统驱动线系与结构、其他系统的间隙会发生变化,并有可能会产生变形、摩擦、卡阻或干涉。本文在飞机铁鸟台架上进行改造,使铁鸟台架具备模拟机翼气动变形试验的能力,可以较真实的验证适航条款25.683和25.1309,检查在机翼气动变形情况下运动机构和传动线系是否会发生过度变形、卡阻和摩擦等问题。     

运输类飞机高升力构型数值模拟研究

高升力装置对大多数运输机的大小、吨位、经济性及安全性都有重要的影响。由于复杂的流动机理、几何外形、支撑机构及驱动系统之间的矛盾关系,导致高升力系统的设计周期很长并且很大程度上依赖于试验[1]。然而,随着计算机软件和硬件的迅速发展,近几年的工程设计中N-S方程应用日趋广泛。在空气动力学设计领域,计算机辅助设计手段已经逐步替代了过去的经验设计手段,并且国内飞机设计单位的科研人员也开始花费越来越多的时间应用流体仿真软件来达到设计目标,而不是像过去那样完全依赖试验结果去设计和分析飞机气动力特性,高升力装置设计也是如此。本文着重对著名的MSES软件和CFX软件在高升力装置模拟中的工程应用进行探索,并和风洞试验结果进行比较,初步研究了高升力装置数值模拟在飞机设计工程应用中存在的一些问题。     

扇翼飞行器气动特性优化设计

采用多目标优化和数值模拟结合的方法对扇翼飞行器气动特性进行了优化研究。CFD计算结果与文献结果对比,验证了数值方法的可靠性。计算得到多结构参数影响下扇翼飞行器高升力、低阻力的优化结构参数和主要影响因素。研究结果表明,建立的近似数学模型和优化结果精度较高,满足工程需要。优化后,扇翼飞行器的升力和推力较大,飞行器气动特性得到显著改善。     

一种高升力系统卡位信号的算法设计

提出了一种高升力系统卡位信号的算法。用于将襟/缝翼控制手柄上的传感器信号转换成高升力系统计算机的命令卡位信号。本算法相较于传统的算法有两处改进,第一处是在手柄卡位信号的计算中增加了信号有效性的确认环节,可以避免当手柄短暂通过手柄卡位信号无效的区域时,产生无效的卡位信号,继而对后续的命令卡位信号计算造成影响。第二处是在命令卡位信号的计算中加入将两个计算机设为主-备关系,并进行表决计算的算法环节,避免了传统算法中由于信号传输延时导致不同通道间输出的命令卡位不一致,从而导致襟/缝翼半速运动的现象发生。本算法可以使最终输出的四个通道的命令卡位信号正确且一致,并已通过实验验证其鲁棒性较强,对民用飞机高升力系统设计有一定的指导作用。     

低速增升装置失速特性预测研究

民机低速增升装置失速特性是具有挑战性的空气动力学难题之一,决定着飞机起、降阶段机翼处于流动分离或尾迹干扰状态时的操纵稳定性,是气动设计必须关注的重要方面。利用基于N-S方程的自研多块结构网格计算软件和混合网格计算软件,对NASA高升力梯形机翼标准模型开展了失速特性计算研究,系统评估了计算软件、计算网格、湍流模型等主要因素对失速特性的影响,获得了有效预测高升力构型失速特性的计算方案,并将其成功应用于工程实际,为增升装置失速特性计算评估提供了有意义的参考。     

高负荷涡轮进口导向叶片叶型设计及验证

针对涡轮进口导向叶片进口马赫数低、前部负荷小的特点,采用前缘截断思路构建了高负荷涡轮叶型,并采用Pritchard 11参数法进行重构设计。采用数值计算和平面叶栅试验开展了研究和分析。结果表明:高负荷叶型吸力面前缘马赫数显著提升,增加了叶片前部负荷。喉部峰值马赫数基本不变,但位置前移,负荷分布均匀性提高。叶型的马赫数特性和攻角特性表明,高负荷叶型在不同攻角和马赫数下,均能获得较低的总压损失,其中在设计马赫数,叶型负荷提升1倍的情况下,总压损失系数降低259%。      

Aerodynamic design of the high-lift-wing for a Megaliner aircraft

A ‘Megaliner’ aircraft configuration like the Airbus A380 will become a civil transport aircraft lager than all existing designs. Its wing had to be designed not only to give the required cruise performance but also to be compatible with the given airport infrastructure. The aerodynamic design of the high-lift system has to fulfil the resulting targets for the take-off and landing configuration but is also required to have the minimum possible mechanical and structural system complexity, i.e. resulting in a minimum possible weight and cost. After an introduction to constraints of a Megaliner configuration a summary of high-lift wing solutions and the constraints driving the high-lift wing design is given. The experiences in high-lift design on previous Airbus aircraft and the major tools (computational fluid dynamics and windtunnel testing) for the design work and its verification are presented. Also a side view is given to the importance of research programs for the development of new high-lift concepts for future aircraft. The described development work for the Megaliner high-lift wing was driven by the strong requirement for an optimised overall design. Various interactions with the cruise wing design and the design of the support and actuation system are highlighted, which were leading to the best possible balanced solution.     

大型商用运输机机翼增升构型水滴撞击特性计算

基于欧拉-拉格朗日数值模拟框架,发展了一套适合求解三维多体模型水滴撞击特性的计算方法.采用粒子统计与面积比率计算相结合的方式,实现了水滴收集率的高效精确预测.在常规粒径条件下,该方法计算结果与国外标模试验数据吻合良好.应用上述算法,开展了某大型商用运输机增升构型的水滴撞击特性数值模拟研究,计算结果显示:水滴在缝翼背面缝...     

大型飞机增升装置气动机构一体化设计技术进展

增升装置设计作为大型客机设计的关键技术之一,其设计水平的提升将极大提高飞机的整体性能。虽然先进增升装置方案朝着简单形式发展,但其设计目标将结合气动、机构、结构、噪声等复杂考虑因素,以达到最优的综合性能和提高飞行的安全性、经济性和舒适性,是个高难度多学科多约束耦合的设计问题。结合气动优化、机构设计、一体化研究等多方面增升装置设计难点进行论述,并提出相应解决方案,最终完成气动/机构一体化设计。分别回顾了干净构型到巡航构型的外形设计方法;起降构型的气动评估、优化方法;增升装置位置表达方法和机构设计研究现状。最后阐述了气动/机构一体化设计方法的思想,总结了国内外在该方向所进行的研究和取得的成果。     

The aerodynamic design of multi-element high-lift systems for transport airplanes

High-lift systems have a major influence on the sizing, economics, and safety of most transport airplane configurations. The combination of complexity in flow physics, geometry, and system support and actuation has historically led to a lengthy and experiment intensive development process. However, during the recent past engineering design has changed significantly as a result of rapid developments in computational hardware and software. In aerodynamic design, computational methods are slowly superseding empirical methods and design engineers are spending more and more time applying computational tools instead of conducting physical experiments to design and analyze aircraft including their high-lift systems. The purpose of this paper is to review recent developments in aerodynamic design and analysis methods for multi-element high-lift systems on transport airplanes. Attention is also paid to the associated mechanical and cost problems since a multi-element high-lift system must be as simple and economical as possible while meeting the required aerodynamic performance levels.     

翼吊发动机短舱对增升装置气动特性影响研究

增升装置的气动效率对于全机整体性能有重要影响,而当代大多数跨音速运输类飞机均采用翼吊发动机布局。通过对有、无翼吊短舱的两个三维增升装置的数值模拟,研究了翼吊发动机短舱对于增升装置气动性能的影响。结果表明,翼吊发动机短舱会严重恶化增升装置的气动性能。流动机理分析表明,短舱挂架与机翼前缘结合处的缝翼缺口及大迎角时绕过短舱的分离气流是造成增升装置气动性能恶化的两个主要原因。     

外吹式襟翼动力增升效果评估方法

外吹式动力增升襟翼可以有效地缩短运输类飞机的起降距离,其增升效果评估方法是运输机动力增升设计的关键技术之一。本文采用基准气动力耦合速度修正方法,发展了一套适用于外吹式襟翼动力增升效果快速评估的计算方法;该方法充分考虑了动力增升飞机性能计算对气动力数据的需求,解决了传统推力系数法的小速度大推力系数求解限制问题、无法准确求解离地速度以及多速度点气动力求解引起的计算效率问题。以某运输机为例,分析了其气动力及起飞性能,对其外吹式襟翼动力增升效果进行了评估,验证了方法的正确性。研究表明:通过优化动力增升襟翼偏转角,起飞滑跑距离最大减小量可达到25%;过大的襟翼偏转角将显著地增加飞机阻力,不利于缩短起飞滑跑距离。研究工作对运输机的外吹式动力增升襟翼设计,具有一定的工程指导价值。