某机放宽纵向静稳定度效益分析

讨论了某机放宽纵向静稳定度后,重心后移量对飞机纵向气动参数的影响,以及由此所引起的飞机配平迎角、平尾偏角及基本飞行性能的变化,为我国未来民机实施放宽纵向静稳定度功能的验证提供了理论依据。     

先进战斗机纵向飞行特性与放宽静稳定度研究

放宽静稳定度在先进战斗机设计领域已获得广泛应用,与其相关的主动控制技术仍有进一步研究的价值,需要对放宽静稳定度对飞机纵向飞行性能的影响进行更全面的分析。以重心后移作为放宽静稳定度的方式,分析放宽静稳定度与某型战斗机俯仰力矩系数的关系,构建战斗机非线性模型并进行开环特性分析,在此基础上,分析放宽静稳定度对飞机运行平衡点的影响机理,对战斗机非线性模型进行线性化,并分析放宽静稳定度对飞机纵向线性模型阶跃响应特性和长短周期模态特性的影响。结果表明：放宽静稳定度可增大战斗机的俯仰力矩系数,提高飞机性能,但可能会使飞机本体模态特性变差,需要在设计控制率时予以考虑。     

微型飞机降低重心位置对稳定性的影响

由于微型飞机有最大尺寸的限制,通常平尾/升降舵距离机翼和全机重心很近,造成气动效率和纵向静稳定性都比较低。研究了不使用平尾/升降舵、而是通过降低微型飞机重心位置来获得纵向静稳定性的思路。分析了重心低置情况下的纵向力矩平衡关系,推导了相应的纵向静稳定性的计算公式,并构造了计算模型和试飞样机进行实例分析。结果表明,通过降低重心位置可以有效地增大微型飞机的纵向静稳定性,并可以在没有平尾的情况下实现纵向力矩平衡和获得静稳定性。其静稳定性裕度可以通过重心与气动中心的纵向距离来调节。     

重心位置对飞机阻力及其飞行性能的影响

为了降低配平状态下飞机的阻力问题,推导了飞机升致阻力与重心位置间的关系式。以一架典型的后平尾飞机为例。计算了向后移动飞机重心的位置,放宽对飞机固有静稳定度的要求对飞机配平升致阻力和总阻力以及对部分性能的影响。结果表明,当向后移动重心位置时,其配平升致阻力下降,并在某一重心位置时达最小值。     

考虑放宽静稳定度的民用客机气动优化设计

为了更加有效地减小民用客机考虑配平约束后的阻力,针对典型跨声速民用客机机翼-机身-平尾构型研究了不同静稳定度下的气动优化设计,并总结出在民用客机的减阻设计中考虑放宽静稳定度具有较大的减阻潜力。通过自由型面变形(FFD)技术对全机外形进行参数化,实现机翼型面的变形,进行气动优化设计并改变平尾的偏转保证全机能够力矩配平。采用基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的离散伴随方法求解目标函数对设计变量的梯度,然后基于序列二次规划算法进行基于梯度的气动优化设计。基于CRM(Common Research Model)构型,针对不同参考重心位置进行了考虑配平约束的减阻优化设计研究,验证了优化设计系统的有效性,算例结果表明,随着重心位置后移即放宽静稳定度,优化构型配平阻力减小,外翼段前缘吸力峰值明显降低且双激波的强度得到有效减弱,此外机翼的升力系数分布更加贴合最佳升力系数分布。     

放宽静稳定度飞机时间延迟稳定边界

针对飞机初步设计阶段其放宽静稳定度（RSS）与电传飞控系统时间延迟边界之间的定量关系求解问题，以战斗机纵向短周期方程为基础，分析了飞控系统中的时间延迟因素，描述了放宽静稳定度与方程参数间的关系。并以等效输入延迟的形式构建了含飞控系统时间延迟的闭环系统特征方程，通过根轨迹趋势理论和数值计算方法确定了放宽静稳定度与飞控系统时间延迟边界的定量数值关系，同时探讨了舵效与动导的参数不确定性对所求时间延迟边界的影响。本文方法对飞机初步设计阶段飞控系统时间延迟指标和可放宽静稳定度边界的确定具有一定的工程实践意义。     

放宽静稳定性设计对民机使用经济性的影响

将放宽静稳定性与飞机的经济性指标直接关联,研究主要设计参数对飞机气动性能和直接使用成本的影响.首先分析了静稳定性设计对民机气动性能、结构质量及燃油消耗的影响;然后与民机使用经济性相结合,得出重心后移量与直接使用成本的函数关系和曲线.结果显示,采用放宽静稳定性技术有助于提高民用飞机的使用经济性.该研究方法可以为我国大型客机采用主动技术提供技术依据.     

主动控制技术对平尾面积的影响分析

主动控制是现代飞机设计的关键技术之一,它打破了传统飞机设计方法的格局,充分发挥了飞行控制系统的主动性和潜力,提高了飞机的性能和效益。该文以主动控制技术放宽静稳定性功能为基础,从现有飞机实际出发,分析探讨了常规飞机采用主动控制技术后平尾面积的变化。     

某教练机平尾的初步设计方法研究

介绍了平尾设计准则,较全面地综合了飞机的操纵性与稳定性、机动要求、推力影响、抬前轮过程、着陆过程以及纵向飞行品质等对平尾设计有重要影响的一些要求,在飞机重心范围内确定满足这些要求所需的平尾面积,最后给出了算例,验证了本文的设计方法.     

螺旋桨旋转方向对飞机俯仰力矩特性的影响

为了找到一种改善低平尾涡桨飞机中小迎角下纵向静稳定度的方法，采用数值模拟手段研究了螺旋桨旋转方向对飞机俯仰力矩特性的影响。基于动态面搭接网格技术和非定常雷诺平均Navier-Stokes （URANS）方程，首先对某T尾双发涡桨飞机进行了计算，验证了方法的精度和可靠性，然后对同向旋转（CO）、对转-内侧上洗（CNIU）和对转-外侧上洗（CNOU）3种低平尾涡桨飞机构型开展了数值模拟，分析了各构型的俯仰力矩变化特点及流场细节。研究结果表明：对于常见的CO构型，在小迎角下由于平尾整体效率降低，飞机的俯仰力矩曲线斜率较无动力构型大幅度下降；在小迎角下，CO构型左侧平尾的效率几乎丧失，但右侧平尾却具有良好的效率；CO构型左右两侧平尾的效率呈现巨大差异的主要原因在于两侧平尾当地的下洗梯度不同；3个构型中，CNOU构型的俯仰力矩特性最差，CNIU构型在整个中小迎角范围内都能保持良好的俯仰力矩特性。     

平尾尾容系数对飞机俯仰敏捷性的影响

研究了平尾容系数对飞机俯仰敏捷性尺度的影响，这些尺度包括加载／卸载时间，最大正／负过载变化率，最大上仰／下俯机运范围内的俯角速率，对比计算表明:较大的尾容系数可获得较高的俯仰敏捷性，而在同一容系数下，较大的平尾面积可比较大的平尾力臂获得更高的俯仰敏捷性。另外，平尾面积和平尾力臂的影响只有一定范围内最显著，故在设计时需进行综合考虑。     

亚音速民机平尾初步设计

本文着重搜集、归纳了那些重要的,且又便于在飞机初步设计阶段使用的品质要求,并将它们用平尾相对面积和飞机重心之间的解析关系表达出来。利用这种解析关系,可以在平尾相对面积和飞机重心位置的参数平面上,绘制出各种限制边界,形成所谓“剪刀图”。如果所要求的飞机重心变化范围给定,则可在这种边界限制图上很容易地确定出所需要的平尾相对面积.为说明本文方法的可行性和可靠性,最后还以Y-7飞机为算例进行了验证性计算.     

微型扑翼飞行器非定常运动对平尾的影响

以西北工业大学自行研制的微型扑翼飞行器ASN211为研究对象,利用其简化的二维扑翼及平尾串列翼模型进行了非定常数值模拟,分析了扑翼俯仰运动及沉浮运动对平尾气动性能的影响。在数值模拟模块中,模型的俯仰运动及沉浮运动由动网格技术实现。通过计算流体力学(CFD)软件Fluent对此非定常流场进行数值计算,重点研究了扑翼非定常运动尾流对平尾气动效率的影响。定常状态与非定常时均条件下平尾升力曲线的对比分析表明,扑翼的非定常运动能够增大平尾的失速迎角及最大升力系数,因而使平尾的失速特性得到改善。     

一种平尾涡流发生器设计和流动控制研究

平尾的气动特性直接影响飞机的飞行安全,基于改善飞机平尾在负攻角下流动特性的应用需求,设计一种涡流发生器,安装在平尾下表面。通过数值模拟方法研究平尾在不安装涡流发生器和安装涡流发生器两种构型下的流动特征和机理,分析飞机在负攻角下的俯仰力矩特性。结果表明：安装涡流发生器的平尾负失速迎角推迟了4°,负攻角下的俯仰力矩拐点推迟了4°左右,拓宽了飞机的飞行边界。     

飞机全动平尾颤振特性风洞试验

高机动飞机全动平尾颤振设计的重要手段就是颤振模型风洞试验。针对一个飞机的全动平尾,采用了单独平尾和中央固支的后机身-平尾组合体两种方案的低速颤振风洞试验,研究平尾的基本颤振耦合机理以及后机身垂尾气动力干扰的影响。然后采用半模跨声速颤振风洞试验研究马赫数对颤振特性的影响和机翼干扰对平尾颤振边界的影响。介绍了低、高速颤振模型的设计和风洞试验的结果,并综合形成了完整的平尾颤振特性规律,尤其在跨声速颤振风洞试验中,使用不同超重系数的颤振模型,研究了质量参数对颤振边界的影响规律。风洞试验结果显示,全动平尾颤振特性研究必须考虑后机身的弹性支持,并且需要使用不同的模型方案考虑机身、机翼和垂尾的气动力干扰,跨声速风洞模型需要考虑超重系数的影响。该研究获得了全动平尾颤振特性的一般规律,可作为相关飞行器设计的参考。     

旋翼转速优化直升机的纵向操纵性与稳定性分析

针对不同旋翼转速、桨叶弹簧刚度、平尾面积对旋翼转速优化(OSR)直升机操纵性、稳定性的影响,建立了飞行动力学模型,该模型以自由尾迹计算旋翼入流,考虑了旋翼尾迹对其他气动部件的干扰,最后利用差分法计算直升机的气动导数及操纵导数矩阵.结果表明:旋翼转速的减小,降低了直升机的操纵性,增加了旋翼的迎角稳定性,但增加桨叶根部弹簧刚度则会提高直升机操纵性,同时也会使得稳定性下降;而旋翼转速优化直升机的无平尾设计虽然降低了直升机的纵向稳定性,使得样例直升机处于飞行品质规范ADS-33E中的第3级水平,由此带来的不稳定模态的振荡发散周期较长,并且取消平尾后提高了直升机的操纵性,通过飞行控制系统完全可以抑制,因此无平尾设计方案对旋翼转速优化直升机而言仍然是可接受的.      

直升机的非线性模型及配平

论述和实现了定常平飞时,单旋翼涵道尾桨直升机的非线性全量飞行动力学数值模型,建立模型时,考虑了直升机各部件特别是旋翼的动力学模型,考虑了诱导速度分布的非均匀性,以一具有水平铰外伸量及约束弹簧的铰接式旋翼等效算例直升机的真实旋翼。研究了直升机在平飞时的配平,提出了一种求解直升机平飞初值问题的数值方法-最速下降法。以某直升机为算例,建模并配平,结果表明,该模型符合直升机运动规律。     

基于Msc.Nastran的T型尾翼优化设计研究

建立了T型尾翼的有限元模型,并使用Msc.Nastran对T型尾翼结构进行优化。为了获得更轻的平尾结构重量,将平尾从T型尾翼中取出单独进行优化,并研究了优化变量分区的细化、优化变量的增加对优化结果的影响,并再次对T型尾翼结构进行优化。优化工作显著降低了平尾结构的重量,并得到了一些重要结论,为以后的T型尾翼优化设计提供了宝贵经验。     

旋转机翼飞机旋翼模式前飞状态干扰气动特性

和传统直升机相比,旋转机翼（CRW）飞机在旋翼模式前飞时各部件之间存在更为严重的气动干扰。为了获得旋转机翼/机身/鸭翼/平尾之间的非定常气动干扰规律,基于运动嵌套网格技术,通过求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程,建立了旋翼前飞流场数值模拟方法。首先对传统直升机旋翼/机身干扰模型进行了计算,验证了方法的可靠性,然后对某旋转机翼飞机全机在旋翼模式前飞状态下的非定常流场进行了数值模拟,并对各个气动部件上的非定常气动力和力矩的变化进行了分析。结果表明：飞机在旋翼模式前飞时,机身部件对旋转机翼的干扰较弱,在经过机身上方时拉力峰值仅略有增加;旋转机翼对鸭翼和垂尾干扰较弱,对机身和平尾干扰较强,随着前飞速度增大,旋转机翼对平尾的干扰会产生较大的升力损失和抬头力矩,需要引起重视。计算结果为该类飞行器的总体综合设计提供了参考。