荷兰滚运动模态阻尼分析

本文根据飞机横航向运动的特点,对滚转模态特征根的精确近似值进行了计算,导出了荷兰滚模态阻尼的表达式,克服了现有近似式在低速范围内失效的缺点。通过对该表达式的分析,对横、航向静稳定性参数m_x~β及m_y~β在荷兰滚模态阻尼中的作用进行了讨论。说明了在|m_x~β|加大或|m_y~β|减小时,荷兰滚模态的阻尼不仅会减小(习惯说法),而且也会加大。提出了决定这种不同变化规律的判据,解释了现有资料中关于此问题的二种相反说法的适用范围。     

临近空间太阳能飞行器横航向稳定性

临近空间太阳能飞行器的横航向气动导数和质量特性与常规飞行器存在显著差异,其横航向模态具有不同于常规飞行器的特点。理论分析表明,临近空间太阳能飞行器滚转交感动导数较大,偏航阻尼动导数较小,导致螺旋模态发散;航向气动阻尼力矩和惯性力矩之比较大,因而荷兰滚模态阻尼比较大。为解决常规线性化动力学模型无法体现风场影响的问题,以地速在机体坐标系中的投影作为状态变量,建立了考虑风场影响、适用于地速为0 m/s状态的线性化横航向动力学模型。利用此模型分析了临近空间太阳能飞行器在水平风和垂直风中的横航向稳定性。分析结果表明,稳定风场对横航向模态特征根无影响,但会导致横航向模态特征矢量发生改变。建立的动力学模型可用于此类飞行器的动力学分析和仿真。     

W型无尾飞机的操纵机理与稳定特性研究

 W型无尾飞机基于前掠翼及翼身融合的一体化设计,取消了平尾和垂尾,可大幅降低雷达反射截面积,减轻结构重量;同时具有亚声速气动效率高、横航向操纵面效率高的优势。根据该构型的特点,配置设计了新型的多操纵面,并研究了其新的操纵机理。在此基础上,计算分析了这一新布局飞机特殊的三轴稳定特性,研究表明,W型无尾飞机的纵向阻尼不足,纵向短周期和长周期模态分别仅满足III级和II级飞行品质;横航向都是静不稳定的,动稳定性表征为滚转模态的发散和荷兰滚模态稳定,并分析了其可能的物理成因。最后研究了横航向静稳定性导数对W型无尾飞机横航向稳定边界的影响。研究方法和结果对于新布局飞机初步设计具有重要参考价值。     

螺旋桨飞机近地飞行时的横航向稳定性

根据算例飞机数据，分析了地面效应和螺旋桨滑流对飞机横航向静稳定性的影响。结果表明，无论是否存在地面效应，螺旋桨滑流都将使飞机的航向静稳定性和横向静稳定性变差；同时，无论是否存在螺旋桨滑流，地面效应都将使飞机的横向静稳定性增强，航向静稳定性变差。此外，计算了不同飞行条件下的飞机横航向模态特性，分析了地面效应和螺旋桨滑流对飞机横航向动稳定性的影响。结果表明：无论是否存在地面效应，螺旋桨滑流都将增强滚转模态及荷兰滚模态的稳定性，并同时降低螺旋模态的稳定性；而无论是否存在螺旋桨滑流，地面效应总体上也都将使飞机的横航向动稳定性增强。     

弯折翼尖对飞翼布局飞机气动特性影响

为提升无尾飞翼布局飞机航向控制能力,以典型飞翼布局飞机模型为研究对象设计了翼尖可绕弦线方向偏转结构。基于FL-14风洞单自由度动态试验系统开展了静态和动导数试验,研究了飞翼布局飞机基本气动特性及翼尖偏转对全机气动特性的影响。结果表明：无尾飞翼布局飞机航向呈静不稳定,航向动稳定性极弱,航向增稳设计及控制很有必要;翼尖偏转有助于增强飞机的航向静、动稳定性,并很好地解决了传统阻力类舵面航向增稳时导致全机升阻比下降气动效率降低的问题;翼尖偏转能够有效改善飞翼布局飞机恶化的荷兰滚模态使之趋近于常规布局飞机模态,这有利于简化飞机横航向控制律设计方法。弯折翼尖结构具有舵面少、效率高的特点,是航向增稳的有效手段,具有应用价值。     

平／钝头外形俯仰动态特性对落点姿态的影响分析

采用自由振荡法数值模拟了平头、钝头外形的超声速俯仰振荡时间历程,并应用奇异分解线性最小二乘法辨识稳定性导数,得到动导数随马赫数和攻角非线性变化的规律.平头外形在较高马赫数和中小攻角范围内存在动不稳定现象,随着再入时马赫数的降低,动不稳定的攻角范围不断缩小,直至演化为动稳定的;小钝头外形则没有动不稳定现象.蒙特卡洛弹道仿真表明,平头外形初始时刻俯仰角的扰动会经历一个先增长然后衰减的过程,最终落地时俯仰角小于1°,满足设计要求,但其落地速度有所降低,可能影响该外形对靶标的侵彻效果.     

大迎角气动导数对飞机横航向飞行品质的影响

以第三代战斗机为例,采用等效系统方法,通过计算并讨论飞行品质指标滚转模态时间常数(Tr),荷兰滚模态的阻尼比(ζn)和频率(ωn)及驾驶员座位处的侧向加速度(ayp)随气动导数的改变特征,研究在失速迎角前大迎角气动导数对具有现代控制系统的飞机横航向飞行品质的影响.结果表明,气动导数Cιδα和Clp主要影响Tr及ayp;Cnδr,Cnr,Cnβ及Cyβ主要影响ζn或ωn;Cιβ的影响相对较小.     

飞机横-航向耦合模态特性和飞行品质优化研究

本文阐述了飞机横—航向耦合的形成机理,研究了气动外形参数变化对滚转-螺旋耦合模态的影响。文中提出对横—航向模态特性进行优化的算法,该算法对飞机的改型和初步设计有一定的参考价值。最后对某歼击机的横—航向模态特性进行了优化计算,计算结果表明,该机在许多状态下的飞行品质得到了提高。     

小展弦比飞翼布局飞机稳定特性

 飞翼布局飞机为改善隐身特性,取消了平尾和垂尾,构型的改变导致其稳定特性与常规飞机有很多不同。针对小展弦比飞翼布局飞机,分别研究其在几种典型飞行状态下的纵向和横航向的静、动稳定特性,通过与常规布局飞机进行对比,着重揭示了飞翼构型参数、飞行状态与其稳定性间的量化规律,并详细分析了这一布局纵向短周期模态及横航向荷兰滚模态发散的具体成因。     

考虑弹性效应的乘波体纵向动力学特性研究

为满足长航程及高速飞行需求，乘波体外形越来越趋于扁平化、细长化，导致其在气动载荷作用下会出现显著的气动弹性效应。通过计算流体力学/计算结构力学/刚体动力学（CFD/CSD/RBD）耦合方法求解流动控制方程和飞行动力学方程，系统研究了不同结构刚度和来流条件下弹性效应对乘波体配平特性和动力学稳定性的影响。研究结果表明：随着结构刚度降低，乘波体配平迎角增大，配平升阻比下降，其主因是弹性变形导致气动中心前移，静稳定性降低；来流马赫数和结构变形对乘波体静稳定性的作用效果相反，且后者的减弱效果占主导作用；整体而言，刚弹耦合效应使乘波体俯仰动稳定性下降，且不同刚度下俯仰动导数随来流马赫数的变化趋势也不相同。     

考虑弹性效应的乘波体纵向动力学特性研究

为满足长航程及高速飞行需求,乘波体外形越来越趋于扁平化、细长化,导致其在气动载荷作用下会出现显著的气动弹性效应。通过计算流体力学/计算结构力学/刚体动力学(CFD/CSD/RBD)耦合方法求解流动控制方程和飞行动力学方程,系统研究了不同结构刚度和来流条件下弹性效应对乘波体配平特性和动力学稳定性的影响。研究结果表明:随着结构刚度降低,乘波体配平迎角增大,配平升阻比下降,其主因是弹性变形导致气动中心前移,静稳定性降低;来流马赫数和结构变形对乘波体静稳定性的作用效果相反,且后者的减弱效果占主导作用;整体而言,刚弹耦合效应使乘波体俯仰动稳定性下降,且不同刚度下俯仰动导数随来流马赫数的变化趋势也不相同。     

模态集结法及其在飞行力学中的应用

 本文给出一种处理线性系统降阶的集结方法,并根据该方法将飞机纵向运动方程和横侧向运动方程进行降阶分解,得到了飞机的沉浮、短周期、滚转-螺旋和荷兰滚运动模态的各近似式,结果表明本文中的各近似式精度较好,特别是提高了沉浮及荷兰滚阻尼的估计精度。     

特征结构配置在飞机模态解耦中的应用

主要对特征结构配置在飞机模态解耦中的应用问题进行研究,并以某飞机横航向小扰动运动为例,按照飞机飞行品质规范要求,给出荷兰滚模态和滚转模态解耦控制的设计方法。     

平头增阻再入体俯仰动态特性计算与流动机理分析

采用自由振荡法数值模拟了一种平头增阻再入体的高超声速俯仰动态特性,沿用稳定性导数模型作为动态特性的指标,通过把稳定性导数视为攻角的函数来考虑非线性影响,并应用奇异分解线性最小二乘法辨识稳定性导数。对于本文研究对象,计算结果表明,平头外形在较高马赫数和小攻角范围内存在动不稳定现象,随着再入时马赫数的降低,动不稳定的攻角范围不断缩小,直至演化为动稳定的。文中对平头外形出现这种动态特性现象的空气动力学原因进行了分析,有必要作进一步的确证与研究。     

带栅格翼导弹超声速阶段滚转阻尼导数的数值研究

滚转阻尼导数是判断导弹动稳定性的重要气动参数。采用求解定常流场的方法,对超声速阶段平板翼翼身组合体和栅格翼翼身组合体的滚转特性进行数值模拟,并与平板翼翼身组合体的实验数据相比,符合较好。计算结果表明,栅格翼的滚转阻尼导数变化复杂,由于弹体背风面分离流和栅格翼翼面失速的影响,滚转阻尼导数随着攻角增加有两次明显转折;平板翼的滚转阻尼导数随着马赫数增加逐渐减小,而栅格翼的滚转阻尼导数随马赫数同样呈现两次转折,在Ma=3.5达到最大值。     

无伞末敏弹大攻角扫描运动稳定性分析

针对无伞末敏弹稳态扫描时做大攻角圆运动的特点,求取了其在一般形式赤道阻尼力矩作用下攻角方程的近似解析解。在此基础上,运用振幅平面法分析了此种情况下的运动稳定性。结果表明:与在二次方赤道阻尼力矩作用下无伞末敏弹不可能形成稳定大攻角圆运动以实现稳态扫描不同,在考虑大攻角时赤道阻尼力矩不仅与攻角大小有关,还与攻角变化率有关,且章动阻尼与进动阻尼特性不同时,弹丸所受赤道阻尼力矩为一般形式的阻尼力矩情况下,无伞末敏弹可以形成稳定大攻角圆运动,并推导出了此种情况下实现稳态圆运动应满足的条件,给出了算例,为无伞末敏弹的结构设计和气动设计提供了理论参考。     

气动导数非定常数值模拟研究

非定常数值模拟飞行器的强迫振动过程,获得任意时刻的气动参数,可以解决复杂外形以及多种飞行条件的气动导数问题。通过AVICFD-X软件计算0?~80?初始攻角下的BFM带翼导弹的俯仰动导数,验证该方法的可行性。计算结果与实验值具有很好的一致性,反映了大攻角流场非线性特征。计算中充分考虑了工程实际需求,尽可能地减小计算代价,获得了理想结果,表明该方法适用于复杂外形气动导数计算。     

基于阶跃响应的飞行器单独静、动导数数值求解方法

基于阶跃响应方法,结合刚性动网格技术,对飞行器的单独静、动导数的精细化数值计算进行了研究.以纵向为例,通过给物面施加恒定附加攻角,求解得到阶跃响应运动过程的非定常气动力,求导得到静导数.同样给物面施加恒定的俯仰角速度,并同时强迫物面平动以抵消俯仰转动产生的附加攻角影响,可由非定常气动力求导得到动导数值.分别利用NACA0012翼型和三维SACCON飞翼无人机进行了计算验证,各攻角下的静、动导数值与文献、试验结果吻合得很好,最大误差不超过5%.结论表明:基于阶跃响应的单独静、动导数直接模拟方法计算耗时仅为传统强迫振动方法的21%,效率相对较高,且可推广到横航向的动导数计算,为飞行器的稳定性研究提供参考.      

滚转和锥进运动对弹箭动导数求解的影响

现有的弹箭动稳定性导数计算通常忽略了耦合运动效应的影响,而弹箭在实际飞行中,通常同时存在俯仰、滚转以及锥进运动。为此,本文提出了基于欧拉转动定理和滑移网格技术的复杂角运动模拟方法,该方法利用著名的罗德里格斯转换矩阵插值求得弹箭在每个时间步的角速度修正值,并指定给球形滑移网格区,从而模拟弹箭俯仰滚转锥进相耦合的三自由度耦合角运动,在此基础上,通过对非定常气动参数进行求解辨识,分析了滚转频率和锥进频率对其俯仰组合动导数和升力系数动导数的影响规律。结果表明:本文提出的复杂角运动模拟方法,可有效消除姿态角计算的累积误差,实现对弹箭任意给定角运动的准确模拟;在耦合角运动状态下,弹箭气动力系数迟滞环发生明显的振荡和偏移,俯仰组合动导数和升力系数动导数均随滚转频率和锥进频率增加而显著变化,且变化规律具有非线性特性。     

模型跟随控制系统的经典设计方法

本文介绍了用经典理论确定反馈增益，降低模型跟随系统参数变化灵敏度的新方法。该方法通过选择反馈增益值，使由频率、阻尼、带宽等参数所确定的闭环系统的极点具有合适的稳定性。以一架战斗机模型跟随控制系统的设计为例说明这种方法，同时给出了简短的线性模型跟随理论推导。纵向、横航向控制律的设计匀采用经典设计方法，并且将横航向控制系统引入的β反馈和ｎｙ反馈作了比较。设计方法的有效性通过模型和飞机时域响应曲线的比较