某型联翼布局无人机的气动计算与分析

与常规布局飞机相比,联翼布局飞机具有结构重量轻、抗弯扭强度大、诱导阻力低、升力系数大和稳定性好等优点。介绍一种高效的数值模拟方法,完成对某型联翼布局无人机气动特性的初步计算与分析。基于商业软件ANSYS,整个研究过程着重于从网格建模、全机流场模拟、气动模拟数据分析三个方面,探索该型无人机纵向、横向和航向的气动特性以及主操纵面的操纵效率,实现对该型无人机稳定性和操纵性能的表征与评估。结果表明:无人机升降舵偏角的变化不影响无人机的握杆静稳定度,并且在0°~25°的升降舵偏角(下偏)范围内,升降舵偏角与升降舵的升力系数基本呈线性变化;在-4°~12°的迎角范围内,随着迎角的不断增大,该型无人机的横向静稳定性水平越大;两个垂直翼和垂尾是产生航向静稳定性的主要部件。     

X型尾翼布局对无人机静稳定性的影响

针对某型无人机所采用的X型尾翼布局,利用求解三维Euler方程的数值计算方法,得到了不同尾翼夹角和安装角状态下的全机纵向及横航向力矩值,并以此分析和研究了X型尾翼的夹角和安装角对无人机纵向及横航向静稳定性的影响。在此基础上,根据飞机的静稳定性要求,确定了该型无人机的尾翼夹角及安装角。     

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。     

V尾飞机流动特点及静稳定性数值模拟研究

采用数值模拟方法对V形尾翼飞机开展流动特点与静稳定特性研究,并与常规尾翼飞机进行对比。计算结果表明,相对于常规尾翼,V尾的使用可较大幅度降低尾翼浸润面积,并提高后机身的升力贡献。V尾同时具有良好的纵向及横向稳定性,但航向稳定性不足。通过对流场的对比研究,发现V尾飞机的机身干扰导致两侧V尾侧向力及偏航力矩方向相反且相互抵消,会引起航向稳定性的损失。进一步分析表明,通过增加V尾上反角可有效提升V尾侧向力及偏航力矩,改善航向稳定性。     

某民机尾翼布局对全机稳定性影响分析

利用CFD手段,对下单翼尾吊布局民机的两种不同尾翼布局形式进行计算,分析两种不同尾翼布局对全机的纵向、航向稳定性的影响,结果表明,对于下单翼尾吊布局的民机,气动上"T"型尾翼布局更具优势。     

大型运输机设计中平尾布局的研究

从气动力、结构与全机设计角度出发，通过变化尾翼位置与机翼下洗、尾翼动压以及机翼尾迹，寻找确定平尾面积和满足结构设计需求的尾翼静与动载荷等影响因素。从飞机的稳定性与控制角度来看，高尾翼布局方案在飞机失速迎角以下可以提供优异的操纵品质。     

平流层飞艇纵向气动特性及减阻实验研究

以美国高空哨兵50平流层飞艇作为背景样机,通过风洞实验研究了布局形式对该型飞艇纵向气动特性的影响。研究表明:与Y形尾翼相比,十字尾翼布局形式具有更大的阻力和升力;从俯仰静稳定性的角度而言,十字尾翼在大迎角下使得飞艇从纵向静不定变为纵向静定;但由于尾翼产生较大的附加阻力,因此需要采取一定的减阻措施。进一步采用微型涡流发生器对飞艇的后体及尾翼处的流动分离进行控制,研究其在不同迎角和侧滑角工况下的减阻效能,发现在α=8°、β=0°或β=-8°、α=0°工况下可以获得减阻效果,且MVG布置更密时,获得的减阻效果更好。     

V形尾翼气动布局纵向力矩特性研究

针对某无人战斗机所采用的V形尾翼布局,通过求解N-S方程的数值计算方法,得到了上反与下反V形尾翼气动布局的纵向力矩值。对比分析结果表明,上反V形尾翼由于受翼身组合体产生的下洗和速度阻滞作用,随着迎角的增加力矩曲线有上翘现象,但随着马赫数的增加而减弱;下反V形尾翼布局力矩曲线的线性度良好。     

吸气式高超声速飞行器大迎角气动特性分析

吸气式高超声速飞行器在飞行过程中受到大气紊流等外部干扰的作用时,飞行姿态很可能会出现大迎角情况。针对大迎角飞行时飞行器可能出现的气动问题,对一种典型吸气式高超声速飞行器的流场进行了数值模拟。以雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程为控制方程,采用标准k-ε湍流模型求解,得到其流场特征和气动特性。重点针对大迎角情况,分别对整机气动特性、进气道性能和全动尾翼气动性能进行了分析,并结合流场特征作出解释。结果表明,机身和发动机之间存在气动/推进耦合现象。大迎角下飞行器的气动参数表现出非线性特性,升阻比减小,整机纵向表现为静不稳定,且不稳定性随迎角增大而增大;进气道性能在大迎角下降低,从而导致发动机推力下降,不利于发动机的正常工作,但却适当降低了整机的纵向静不稳定度;全动尾翼操纵效率降低从而使得配平难度增大。     

鸭式布局地效飞行器空气动力设计及数值研究

利用FLUENT软件求解定常不可压N-S方程和Realizable κ-ε湍流模型,对设计的鸭式布局地效飞行器在不同高度和迎角下的全机流场进行了数值模拟.研究分析了该鸭式布局地效飞行器的空气动力特性及其流场结构,并探讨了鸭式布局地效飞行器的纵向静稳定性,阐述了S型翼型机翼提高纵向静稳定裕度的机理.研究结果表明,该鸭式布局地效飞行器设计具有良好的气动特性及纵向稳定性.     

An experimental investigation on static directional stability

A generic aircraft usually loses its static directional stability at moderate angle of attack (typically 20–30?). In this research, wind tunnel studies were performed using an aircraft model with moderate swept wing and a conventional vertical tail. The purpose of this study was to investigate flow mechanisms responsible for static directional stability. Measurements of force, surface pressure and spatial flow field were carried out for angles of attack from 0? to 46? and sideslip angles from ?8? to 8?. Results of the wind tunnel experiments show that the vertical tail is the main contributor to static directional stability, while the fuselage is the main contributor to static directional instabil-ity of the model. In the sideslip attitude for moderate angles of attack, the fuselage vortex and the wing vortex merged together and changed asymmetrically as angle of attack increased on the wind-ward side and leeward side of the vertical tail. The separated asymmetrical vortex flow around the vertical tail is the main reason for reduction in the static directional stability. Compared with the wing vortices, the fuselage vortices are more concentrated and closer to the vertical tail, so the yaw-ing moment of vertical tail is more unstable than that when the wings are absent. On the other hand, the attached asymmetrical flow over the fuselage in sideslip leads to the static directional instability of the fuselage being exacerbated. It is mainly due to the predominant model contour blockage effect on the windward side flow over the model in sideslip, which is strongly affected by angle of attack.     

边条机翼布局战斗机稳定性改进研究

对边条机翼布局战斗机的纵，横向稳定性改进措施进行了研究，结合具体战斗机布局，给出了边条机翼布局战斗机纵，横向稳定性的一般特征，对前缘襟翼下偏，翼刀，平尾下反和机身截面修形等几种气动布局改进措施的风洞试验结果进行了简要讨论，结果表明，所研究的气动布局改进措施都能有效提高边条机翼布局战斗机的稳定性，其中，前缘襟翼下偏既能完全克服俯仰力矩曲线非线性上翘问题，又能较好地解决横侧向稳定性丧失问题。     

不同攻角条件下偏转头弹箭流场与气动特性

基于DES（detached eddy simulation,分离涡模拟）方法及AUSM（advection upstream splitting method,对流迎风分裂方法）格式,对不同偏角的偏转头弹箭在非零攻角下的超声速流场和气动特性进行了数值模拟.结果表明:在非零攻角情况下,与常规弹箭流场相比,偏转头弹箭头部迎风面激波更强;而当有效入射角相等时,即使弹箭的攻角不一样,其头部流场结构仍相同,且尾翼流场基本不受头部偏角影响.另外,由气动力系数变化曲线可知,偏转头弹箭具有良好的纵向静稳定性,且升力系数随攻角的增长率大于阻力系数,即升阻比大于常规弹箭,因此适当增大攻角可以提高偏转头弹箭的气动特性.      

涡桨飞机螺旋桨滑流气动干扰效应及流动机理

螺旋桨滑流对飞机各气动部件的干扰是涡桨飞机气动设计中面临的难点之一。以某双发涡桨支线客机为对象,采用数值模拟手段分析了滑流对机翼、平尾、垂尾的影响及其流动机理。计算采用基于动态面搭接网格技术的非定常方法,气动力与表面压力分布的计算结果均与实验值吻合良好。研究结果表明：在滑流影响下,全机升力和阻力有所增加,升阻比和纵向静稳定度有所降低,并在无侧滑状态下产生了滚转力矩和偏航力矩;在不同展向位置,滑流对机翼表面流动分离的影响存在显著的差异。在螺旋桨下行运动一侧,滑流的旋转减小了当地迎角,同时桨后气流速度较高,翼面流动分离被有效抑制。在螺旋桨上行运动一侧,滑流的旋转增大了当地迎角,而且桨后气流速度较低,因而翼面流动分离并未得到明显改善;在中小迎角下,滑流对背景飞机平尾当地的动压没有产生影响,但增加了下洗角变化率,进而导致平尾效率降低;垂尾的侧力与偏航力矩是由滑流的侧洗引起的,而滑流的侧洗又与左右两侧机翼升力分布的不对称性有关。     

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.      

不同翼梢小翼对飞机横航向特性的影响

利用有限体积法离散可压缩Euler方程,计算了带5种不同类型翼梢小翼的全机高速巡航外形.重点研究了不同小翼对飞机横航向静稳定性、机翼压力中心移动量和侧滑时滚转力矩系数随迎角变化的影响规律.研究结果表明:(1)翼梢小翼均不降低飞机的横向静稳定性,都将降低飞机的航向稳定性;(2)翼梢小翼均使机翼压力中心向外移动,小后掠角的...     

民用飞机总压探头布局位置气动分析方法

民用飞机通过机载大气数据传感器测量飞机所处环境下的大气总压与静压,并计算空速。为研究民用飞机总压传感器布局位置的气动特性,采用CFD数值计算手段得到不同迎角和侧滑角工况下机头附近的流场,通过候选总压探头布局位置的局部气流角度和探头总压损失曲线获得不同工况下的总压损失和空速误差。当局部角度曲线斜率低且各曲线聚集时,是总压探头的理想最优布局位置,探头局部气流角对迎角和侧滑角均不敏感,能同时保证横向和纵向气动特性最优;通过探头位置的局部气流角度并结合风洞试验获得的总压损失系数分布曲线进行总压损失预估,该方法对总压损失的预测准确有效,预测精度满足要求,可用来进行空速误差估算;总压探头布局位置的选取需结合民用飞机实际运行的侧滑角/迎角包线综合判断。     

螺旋桨飞机起飞构型突风影响研究

对于小迎角纵向静不稳定飞机,突风给飞机带来显著的安全隐患,为此,结合飞行品质规范中的突风模型,给出不同概率和不同高度下的突风速度。针对某螺旋桨飞机,计算分析垂直向上和向下突风所引起的飞机迎角变化,获得了起飞状态下可行的飞行速度和高度范围。研究结果表明,垂直向下突风显著地削弱了该类飞机的纵向静稳定性;垂直向上突风显著地减小了其安全迎角裕度。     

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。     

横航向飞行品质对参数的灵敏度分析

使用等效系统评价方法,根据数值计算结果分析了全权限电传操纵飞机从小迎角到失速迎角横航向飞行品质对于气动参数变化的灵敏度。结果表明飞行品质对操纵效能变化很灵敏,对横向气动导数变化又较航向灵敏,特别对于高增益、强调横向操纵飞机更为如此。同时建议飞控系统横航向通道随迎角调参,以确保在更宽的迎角范围内具有满意的飞行品质。