关于预测急剧机翼失速的CFD的建议

文章叙述了由NASA／Navy／Air Force共同参与的急剧机翼失速项目计算流体力学（CFD）成就，论述了计算结果，提出了用于确定未来飞机研制早期设计阶段非指令性横向运动特性的方法和建议，提出了用于预测和定量表示急速、剧烈机翼失速趋势的程序和品质因数，以及计划方案的缺陷。还包括用于确定跨音速流区域非指令性横向运动临界参数以及影响预生产型F／A-18E／F飞机有害横向运动的主要几何参数。另外，分析了F／A-18E在急剧机翼失速区域稳态CFD和平均时间精确计算法的区别，并与用来测定非稳态方法的应用与准确性的非稳态试验数据进行了比较。最后，对提出的可能作为急剧分离趋势因数的计算品质因数做了精确地评估，并提出了确定这种趋势的筛选程序。     

急剧机翼失速项目的成就

急剧机翼失速（AWS）项目解决了飞机跨音速阶段的非指令性横向运动问题，比如机翼下沉和机翼摇摆。这一项目的起源是，在19世纪90年代后期，F／A-18E预生产型飞机在机动包线的中心位置出现了机翼下沉。通过前缘襟翼运动程序的修改和在机翼折叠处增加带孔整流板，解决了F／A-18E／F飞机的问题。尽管如此，启动了AWS项目，作为对F／A-18E／F研制时技术准备不充分的亡羊补牢之举。AWS项目的目的是，找出F／A-18E／F飞机存在问题的根源、获得对引起机翼下沉的气流机理的深刻认识、找到相应的方法和分析工具，使得将来的项目在试飞之前就可以发现此类问题。文章回顾了AWS项目的目标、技术水平现状、获得的成就以及研究结果的影响等。总结了经验和教训，以利于以后的项目，在试飞之前就可以预测到飞机的横向运动。     

F／A-18E和F-16C急剧机翼失速特性的计算研究

运用静态计算流体力学（CFD）模拟，了解急剧机翼失速（AWS）现象的物理过程，确定静态品质因数（figures of merit），利用NASA兰利研究中心研制的TetrUSS模拟装置得到的纳维-斯托克斯算法是以四面非结构网格为基础的。通过在两种飞机上比较CFD模拟结果了解急剧机翼失速现象的物理过程。预生产型F／A-18E飞机构型在某些几何形状和气流状态下会出现急剧机翼失速，而F-16C飞机构型不存在这种现象。通过比较不同气流状态下两种飞机构型之间的详细流场，运用计算结果认识引起急剧机翼失速的原因。以这些方法为基础，开发了许多用来预测急剧机翼失速的静态品质因数。潜在品质因数包括升力的突然下降、翼根弯矩对迎角α的变化以及翼型升力随α的变化率。     

自由滚转跨音速试验能力的发展状况

作为NASA／海军急剧机翼失速项目的一部分，开发了一套相对廉价的、迅速使用的自由滚转试验装置。在这套装置上，可使用传统的高强度风洞实验模型进入风洞中一次就可以评估跨音速性能和机翼下垂／摇摆行为。总体目标是验证自由滚转试验技术的两个作用，即在地面试验期间鉴定重大的无指令横向行为的区域的作用，以及在跨音速状态洞察军用飞机机翼下垂／摇摆行为的作用。描述了试验硬设备和实验程序。已经成功地使用自由滚转试验装置评估了4种不同构型的静态和动态特性，两种在空中表现出无指令横向运动（预生产型F／A-18E和AV-8B），而另两种没有（F／A-18C，G-16C）。对于这些构型所获得的可用数据，自由滚转实验结果和实际飞行情况非常的一致。     

急剧机翼失速计划介绍

急剧机翼失速（AWS）计划已经用实验、计算和仿真工具研究了无指令跨声速的横向运动问题，比如自动倾斜问题。同时给出了制定AWS计划的背景以及计划的目标。为了了解导致预生产型F／A-18E不希望的运动的基本流动机制，从专用跨音速风洞试验和计算研究中搜集了定常和非定常流场详细数据。AWS计划也已经为跨音速流状态修改了自由滚转（FTR）风洞试验技术，该技术传统上用于低速横向动态稳定性的研究。这个FTR的能力首先在概念证明研究中被验证，然后应用于四个不同飞机结构的评定。对于两种已经被证实在全尺寸飞行状态（预生产型F／A-18E和AV-8B在极端飞行包线下）时容易发生自动倾斜的结构和两种没有表现出自动倾斜的结构（F／A-18C和F-16C）评估了静态试验和FTR试验的品质因素图形。已经从那四个飞机结构的气动力计算研究和F／A-18C与F／A-18E机翼之间的种种外形的影响计算量化中获得了正确的设计思想。最后，AWS计划在飞行之前对在模拟器中评定实验发现的横向动作对飞行性能的影响提供指导。     

F／A-18E模型机翼急剧失速的跨音速实验观察

为了研究失速期间翼面上的流动原理，一个8％的F／A-18E模型在NASA兰利中心16英尺跨音速风洞中进行了跨音速风洞试验。使用的技术方法集中在力、力矩、压力以及压力敏感测量相关的静态（或时间平均）和不稳定风洞数据与不稳定风洞失速事件上。文章集中在F／A-18E飞机的试制批构型在M数0．90时获得的数据上。通过天平随时间的变化过程和压力测量以及通过对大量仪表信号的均方根（rms）计算，获得了机翼在失速过程中发生在机翼上的动态不稳定性。其次是概括了整个有关影响机翼失速过程的压力透视。通过分离迅速前移触发的不稳定事件观察8％F／A-18E模型感受的机翼急剧失速，在一个非常小的攻角增量范围内就能迅速地使分离从后缘前移到前缘襟翼铰链线。发生分离的攻角因试验而不同，攻角增量大于1。。使用压力敏感涂料观察了同时发生在两个翼段或不对称翼段上的机翼急剧失速。在深入了解发生在机翼上表面的流动结构和这些结构可能的不对称时，压力敏感涂料数据和机翼根部弯矩数据是必不可少的。8项静态数据试验进行的重复性分析为机翼急剧失速不稳定气动特性提供了一种快速、价廉的检验。重复性分析结果与用不稳定测量技术捕获的数据非常符合，该方法必将用于确定用专用仪表测量的、更复杂的不稳定数据的试验环境。     

评估先进飞机跨音速急剧机翼失速的综合方法

跨音速条件下的急剧机翼失速会引起非控制的滚转运动，往往会降低飞行品质、影响任务性能、降低飞行安全。最近，美国政府的一项研究项目——急剧机翼失速项目——推动了通过计算流体力学、试验空气动力学和飞行力学来探测急剧机翼失速的技术水平。因此，重要的是，将这些工具合并成一个综合的方法，不但可以识别急剧机翼失速，更可以评估急剧机翼失速引起的飞行特性，降低飞机项目的风险。评估跨音速机翼急剧失速对飞行品质的影响的主要方法是建立飞机的数学模型，精确表现飞机对急剧失速的动态响应。降低项目风险的主要方法是在采购计划中包括自由滚转风洞试验。就跨音速急剧机翼失速的评估，向飞机设计人员和项目管理人员提出了一些建议。     

用计算流体力学解读急剧机翼失速

文章描述了在为期4年的急剧机翼失速（AWS）国家研究计划中用计算流体动力学所做的工作及获得的经验；详细论述了在跨音速机动状态现代美国战斗机和强击机遭遇到的跨音速流的复杂特性，内容包括针对这种高度复杂、有激波诱导的大分离粘性流动的网格处理、计算存储器和处理器要求、湍流模型、定常和非定常计算以及高度复杂的雷诺平均NS方程解与脱体涡模拟方法的比较。对F／A-18C飞机、AV-8B飞机、预生产F／A-18E飞机和F-16C飞机的跨音速机动状态进行了CFD模拟。模拟了各种襟翼位置，并将计算结果与大规模的风洞数据进行了比较；将结构与非结构网格获得的结果进行了对比；通过对模型在风洞中获得的表面油流和压敏涂层（psp）试验结果的定性比较以及有试验结果的详细定量压力系数数据来评估不同CFD方程式的适用性和计算精度。对比了这些计算软件和在这次研究中涉及的每种飞机的试验数据之间的静升力系数。     

F／A-18E／F机翼突然失速问题能调查经过和解决方案

在F／A-18E／F的试飞中暴露出来的“掉翼尖”（机翼突然失速）问题，一度使得F／A-18E／F项目发展陷于停顿。为此，美国军方协调多方研究力量对F／A-18E／F的机翼突然失速问题进行了详细的调查，并最终在实际试飞过程中找出了最佳解决方案。     

跨声速自由滚转试验技术研究

采用中等展弦比、薄翼型、边条、锯齿、折叠翼等设计的先进作战飞机在跨声速易出现机翼突然失速现象,从而引起非指令性横滚运动。为研究该问题,在 FL-3风洞中研制了一套跨声速自由滚转试验装置,设计某验证性模型,选取马赫数范围0.8~0.95的典型飞行状态进行了静态测力和自由滚转验证性试验。试验结果预测了某模型不同构型的机翼突然失速敏感范围,并评估了非指令性横滚运动的严重程度,从而验证了试验机构的可靠性,建立了评估方法,实现了跨声速自由滚转试验技术。     

横向不稳定性的试飞评估

在研发F／A-18E／F“超级大黄蜂”的一次飞行试验过程中，当进行跨音速机动时飞机遇到了非指令滚转运动。被称为“翼下冲”的急剧大幅度横向不稳定现象削弱了飞行员在此飞行条件下有效执行空一空跟踪任务的能力。对前缘襟翼的一系列修改和在机翼折叠区域增加透气量解决了该问题。然而，由于缺乏与计算流体力学、风洞和试飞分析有关的确认品质因数，获得该答案是缓慢的。目前已经开发了一种利用试飞数据评估横向不稳定性的方法。横向不稳定性评估包括定性和定量两个方面的评价。飞行员进行定性评价，而定量评价是基于对滚转速度、滚转加速度、横向驾驶杆位置和倾斜角的分析。这项技术提供一种根据飞行试验可靠评估横向不稳定性程度的途径。在飞行员定性评价和定量的试飞数据评估之间取得了极好的相关性。     

自适应机翼的研制

自适应机翼的研制诺斯罗普·格鲁门飞机公司将用智能材料研制自适应机翼，这种机翼可使Ｅ机在跨音速状态进行有效的巡航从而最终降低民机的成本、提高军机的攻击能力。为了验证这种机翼对升力的改善，将制造一个缩比为１／６的Ｆ／Ａ－１８机翼，由嵌有光纤传感器的复合材...     

面对21世纪的改进从“黄蜂”到“超黄蜂”(下)

改进电子设备在美国海军为F／A-18作规划时，E／F型的改进只是个开端。海军在解决了原来机体的缺陷之后，现在急于要搞清F／A—18上电子设备的局限性。为了使成本不致太高，目前的E／F型利用了C／D型中90％的电子设备。到2005年左右，波音公司将把即将完成试验的下一代电子设备装上飞机。新的基本航空电子设备包括正在为C／D型和E／F型两种机型研制的改进项目，有高级寻的前视红外（ATFLIR）吊舱、安装在头盔上的信号系统（JHMCS）和多功能信息分配系统（MIDS）。除此之外，还计划为E／F型作一些单独的改进，从一体化防御性电…     

F-35解决跨声速机翼突然失速问题

美国国防部曾协调动员各方研究力量和资源组成“国家队”来研究F／A-18E／F的跨声速机翼突然失速（AWS）问题，研究了一整套预测、模拟和解决战斗机跨声速AWS问题的重要方法和工具，这项研究成果，对预测和解决F-35的跨声速AWS问题发挥了重要作用。     

当心“闪电”——浅析F-35战斗机在美国空中作战体系中的作用

<正>设计思想与作战定位20世纪80年代,美国空军、海军、海军陆战队都提出了各自的下一代战机计划。海军陆战队需要研制AV-8A/B的替代机型:海军需要研制A-6的替代机型:空军需要研制F-117A的替代机型。但F-35在很大程度上是受到AV-8A/B替代计划的主导。到了90年代,美国防部先进研究计划局(DARPA)开始推动新一代ASTOVL(先进短距起飞/垂直降落)研究,其中使用升力风扇的方案就是DARPA的通用低成本轻型战斗机(CALF,Common Affordable Lightweight Fighter)计划。与此同时,美国海军的A-1 2隐身攻击机因为严重超支、拖延而最后下马,研制中的F/A-1 8E/F成为填补空缺的过     

麦道公司提出用F/A-18F改装电子战型

麦道公司最近提出了一种新方案,在F/A-18F(F/A-18E/F计划中的双座型)基础上改装C~2W型,使之成为能在2010年以前取代美海军现役EA-6B电子战飞机的候选机种。为满足海军的需求,公司希望海军能为它的这项具有低技术风险的计划投资。据估计完成该计划需18～24个月,投资大约为1000万美元。目前,海军飞行员已在一架全保真的F/A-18F C~2W型模拟器上进行了双人机组的论证试验。模拟结果表明,一个双人机组在“飞”一架F/A-18F C~2W型时,具有4倍于EA-6B的任务能力。     

新的角逐:21世纪战斗机综合评述(下)

“阵风”战斗机是法国研制的一种双发、多用途战斗机,主要用于装备法国空军和海军.由于经费等问题,使其研制周期一再拖延.据目前计划,海军型要到2000年年中才能装备部队,比原计划晚了两三年之久;而空军型到2003年才可能交付.“阵风”将逐渐取代法国海军的“十字军战士”、“超军旗”;法国空军的“幻影”F1、“美洲虎”以及老式的“幻影”2000飞机.目前,“阵风”在研制中出现了一些“出路”问题.一是法国军方现装备有相当数量较新型的战斗机(如“幻影”2000-5和2000D),因而对“阵风”的     

台湾海峡上空的新幽灵波音揭示X-45N舰载侦察无人机的设计特点

美国国防部取消了"联合无人作战系统"(J-UCAS)项目以后,波音公司集中精力投入海军的"无人作战系统-验证机"(UCAS-D)项目的竞争,在空军无人作战飞机 X-45A/C 的基础上推出了远程无人作战舰载飞机 X-45N,并改装了一架F/A-18F,在航空母舰上进行了一系列模拟无人驾驶的着舰飞行试验。尽管美国海军最近正式宣布已经选中诺斯罗普·格鲁门公司的 X-47B,但是 X-45N 的舰载设计特点还是有很好的参考价值。     

F/A-18E/F战斗机发展计划进展顺利

今年9月18日,麦道公司为美国海军研制的首架F/A-18重大改进型F/A-18E/F战斗机,已在国防部要求的预算内如期出厂.这表明,曾因为A-12计划失败而陷于极大风险之中的麦道飞机公司,已成功地解决了曾使其A-12计划走向失败的一些关键问题.尽管在F/A-18E/F的     

运输机T尾布局稳定性影响因素分析

文章重点分析了在NASA进行的T尾布局运输机大迎角气动特性风洞实验研究。实验研究的目的在于探讨并研究T尾布局的运输机变化平尾尺寸、垂尾位置、安定面形状与安装角；发动机短舱的尺寸、位置、发动机挂架形状后的阻力影响；通过改变机翼剖面形状，失速控制装置、襟翼、展弦比以及机翼后掠角；机身剖面形状、尺寸及机身等直段前长度等这些飞机构型设计控制参数对飞机纵向稳定性带来的影响。对研究结果的分析有助于大型军用运输机的初步方案设计工作。