中国气动数据库的现状及展望

研究中国气动数据库的现状可以发现,尽管几乎每个从事气动研究的单位或组织都开发过自己的气动数据库,但这些组织之间,甚至就是本组织内部,都缺乏协调性、连贯性和必要的交流。基于这一点,本文提出并描绘了中国气动共享数据库(COAD)的发展蓝图,重点强调该数据库的管理层面,数据库可用性、数据可靠性评估、统一数据标准、数据资源和开放的系统架构。     

基于XML语言和代理模型的翼型通用气动数据库技术

建立翼型气动数据库对翼型的选择和设计具有重要的意义。本文基于一种建立翼型通用气动数据库的思想,介绍该数据库的基本框架和基本功能;该数据库采用一种基于可扩展标记语言的通用数据格式进行存储,包含翼型几何特性数据、不同流动状态下力系数、物面压力分布等各种气动数据,并且还可提供灵活多样的数据处理功能;采用代理模型和变可信度模型技术,实现气动数据快速检索和插值功能。通过DU93-W-210翼型算例初步表明如何实现气动数据生成和快速插值,从而初步展示了所提出翼型气动数据库技术的可行性。     

CFD验证、确认和共享基准数据库

CFD验证和确认是气动计算可信度分析的基本活动。通过这类活动将产生大量数据资源。如何有效管理和利用这些数据资源是基准数据库要解决的主要问题。研究并提出了一种可行的共享基准数据库设计方案,重点强调数据库的管理、数据库的可用性、数据的可靠性评估、数据标准和开放的系统架构,目的是提供建立用于CFD验证和确认的气动共享基准数据库的一种示范,解决现有气动数据库普遍存在的缺乏协调性、连贯性和必要的交流等诸多问题。此外,简要介绍了近年来中国在气动计算可信度分析方面所做的努力。     

变精度模型(VCM)的自适应预处理方法研究

在气动优化设计和气动数据库建立中,为了在不降低数据精度的同时提高效率降低成本,提出了变精度模型(VCM)。本文的研究发现,经典的变精度模型(VCM)方法在原始数据绝对值较小的情况下,微小的误差会被放大,损害变精度模型的质量。严重情况下甚至出现振荡,导致变精度模型气动数据失真。为此,提出了一种VCM方法的自适应预处理技术,通过自适应算法估算出合适的预处理参数平移气动数据,避开过零区域,解决了变精度模型的上述问题。在一个典型高超声速飞行器的六自由度气动特性数据库建立中应用校验该方法。新方法将风洞试验数据、CFD数据和工程计算数据融合在一起,得到了一致精度的完整气动特性数据库。     

建设中国的气动共享数据库

在今年10月19日召开的“东西方高速流场会议”上,国内外的专家学者不仅利用这个论坛进行了学术交流,更为重要的是,国内相关单位还借此机会,探讨了与欧洲开展数据库共享的问题。此前,中国一航召开了几次专门讨论气动数据库的会议,其目的是建设一个中国气动共享数据库(COAD)。     

导弹适配器数值模拟风洞试验

为了模拟适配器与弹体分离的真实过程,以某箱式导弹垂直发射过程为背景,开展了对利用数值模拟风洞建立完备且准确的适配器气动数据库的方法的研究。仿真过程中采用批处理技术提高了计算效率。研究表明,以风速为10 m/s时得到的气动参数为基准,所有的气动参数误差均可以控制在1.5%以内,计算效率提高了50倍;通过数值模拟风洞得出的气动数据库,仿真得到的适配器脱离导弹的过程与试验结果一致。     

一种飞行器投放分离气动力辨识修正方法

空中投放发射的大翼面飞行器的分离轨迹与姿态受载机干扰流场影响更加明显,对分离时干扰气动数据库的准确性提出了更高要求。针对投放分离干扰气动力特点,提出了一种简化的差量气动力模型,并给出了一套飞行数据处理与参数预估计的方法。分离段飞行数据的辨识结果与六自由度飞行动力学仿真结果说明了提出的差量气动模型与相关数据处理方法的有效性。用辨识结果对气动数据库进行修正提高了数据库的准确度,可提高分离安全飞行仿真分析的精度。     

飞机气动附件试验台测试系统的设计

由计算机控制的飞机气动附件试验台主要用于飞机气动附件性能的检测．试验台可分为测试系统和控制系统两大部分,实现对飞机气动附件空气流量、压力、电流、电压、时间、角度、位移和负载电阻等常见项目的自动测量,测试数据由计算机自动分析处理。其结果由计算机输出打印并自动保存在数据库中。该试验台采用计算机控制PLC（可编程控制器）的控制方式,测试软件采用模块化、递进式结构设计,以组态王软件做为平台开发。通过分析总结CMM手册（飞机气动附件维修手册）,将附件测试流程程序化。利用数据库技术,把测试流程中所涉及到的相关参数存储于数据库中。在测试飞机气动附件时．从数据库中调出给定附件的相关测试参数,并赋给测试软件中的变量,计算机就可自动完成对飞机气动附件的测试。     

飞机风洞测力实验数据库

实验数据库是将37年来的型号风洞试验数据经整理、分析与归纳入库，是宝贵的经验与财富的综合，对今后的型号设计与气动力研究将会作出巨大的贡献。该库应用ORACLE与ITBASE管理系统，将图、文、曲线与数据并茂的试验结果输入微机，方便于设计与研究者使用。实验数据库与知识库、方法库联合，配以必要的接口与软件，将成为飞机气动设计与气动研究的专家咨询系统。     

直升机六自由度仿真研究

建立了直升机剐体运动的六自由度仿真模型。用试飞数据进行参数识别，建立了气动导数数据库并以此计算气动力；将仿真结果与试飞结果对比，并进行了直升机机动飞行仿真计算。结果表明：六自由度仿真模型能够得到较好的仿真结果。     

一种机翼积冰气动系数工程估算方法

建立了NACA0012翼型积冰气动数据库,探讨了一种基于多维空间广义体积的积冰气动系数估算方法。结合皮尔逊积矩相关系数分析各积冰参数与气动系数的相关性,通过忽略相关性较小的飞行因素降低模型维度,在保证精度的前提下提高计算效率。最后对多组积冰参数进行算例验证,并与试验结果和经验公式估算结果进行对比,表明该估算方法具有较高的精度和可靠性,可以有效应用于各种积冰参数下气动系数的估算。     

基于人工神经网络的缝翼凹槽填充降噪设计

缝翼凹槽填充技术作为一种缝翼降噪方法,有可能会造成气动性能的损失,如最大升力系数和失速迎角的减小。基于这种情况,针对某多段翼型建立了缝翼凹槽填充构型的数据库,挑选出参考构型,利用置信度推理确定了优化方向,生成了20个优化构型;采用back propagation(BP)人工神经网络快速预测各优化构型的气动性能,选择其中气动性能最好的构型作为设计构型进行校核计算,求解定常Navier-Stokes方程评估其气动性能与基准构型作对比,应用CFD和声类比相结合的混合方法评估其气动噪声性能并与基准构型作对比。结果表明:在保持多段翼型气动性能的同时,对于给定观测点,所设计的缝翼凹槽填充构型使得气动噪声明显降低。     

超声速自由旋涡气动窗口的气动光学特性计算与分析

笔者讨论了超声速自由旋涡气动窗口的气动结构，对设计的超声速自由旋涡气动窗口射流流场及超声速自由旋涡气动窗口的光学性能进行了分析研究。研究了自由涡射流对透射激光产生的气动透镜效应，给出了计算结果。     

面对称高超飞行器几何参数与总体性能相关性研究

气动技术是高超声速飞行器的重要支撑技术,气动布局的选择与确定是影响飞行器总体方案论证的重要因素.以一类面对称滑翔飞行器为研究对象,采用针对高超声速飞行器的快速工程算法,建立参数化外形的气动数据库,实现由气动布局要素到总体性能指标的映射,并通过数据分析方法,如相关性分析、灵敏度分析等,梳理出影响高超声速滑翔飞行器不同总体性能的关键气动外形几何参数,并进行相关性排序,研究结果可指导高超声速滑翔飞行器的布局设计及优化.     

共轴对转螺旋桨气动与噪声特性研究进展

共轴对转螺旋桨由于拉力大、气动效率高而备受人们的关注。本文从共轴对转螺旋桨的试验研究、气动性能评估、气动模拟、气动噪声预测、气动噪声优化设计等方面进行了综述。首先，总结了目前国内外在共轴对转螺旋桨气动及噪声方面的试验成果；随后，介绍了共轴对转螺旋桨气动力计算的工程方法，并详细阐述了北京航空航天大学陆士嘉实验室提出的共轴对转螺旋桨气动力评估的片条理论发展与参数选择；然后，介绍了共轴对转螺旋桨数值模拟方法，并针对共轴对转螺旋桨气动噪声预测的频域方法和时域方法进行了论述；最后，介绍了目前共轴对转螺旋桨气动噪声优化设计的研究成果。     

桨间距对某型共轴对转螺旋桨气动性能的影响

为掌握共轴对转螺旋桨的桨间气动干扰规律，降低桨间气动干扰强度，提升共轴对转螺旋桨的气动性能，基于非定常雷诺平均Navier-Stocks方程耦合湍流模型的计算方法，并使用了滑移网格技术，研究了4种不同桨间距的6×6构型对转螺旋桨的桨间气动干扰对其气动性能的影响，桨间距选择了4种不同方案。研究结果表明：在4种不同的轴向桨间距中，当桨间距为0.25倍螺旋桨直径时，共轴对转螺旋桨的平均推进效率最高，并且气动干扰导致的效率脉动幅度较小；随着桨间距的增大，前、后排桨受到的气动干扰强度都会减小，相比于后桨，前桨因气动干扰造成的脉动对桨间距更加敏感。可见共轴对转螺旋桨的桨间距会对螺旋桨的气动干扰，及气动性能产生较为明显的影响，在设计共轴对转螺旋桨时选择合适的桨间距，有利于提高螺旋桨气动性能。     

气动加热／热响应耦合分析与试验研究

概述了气动加热与热响应耦合分析技术的国内外研究进展，给出M．《6飞行器零压力梯度部位气动加热与热响应的耦合分析及试验验证方法。气动加热采用工程算法，在自主开发结构温度场计算软件ASTSA基础上，加入气动加热计算模块，实现了气动加热／热响应耦合分析功能。利用全方程热流密度控制技术，完成了气动加热／热响应耦合地面热模拟试验，实现了对耦合分析结果的试验验证。依据上述分析利试验方法，对受气动加热载荷作用的某导弹油箱的温度场进行了入数值计算和试验测试，计算结果与试验结果吻合较好，说明分析方法是正确的，可以用于工程实际。     

适用于工程数据的飞行器气动特性修正框架

新型飞行器对气动特性的预示精准度提出了更高的要求，为此研究了一种适用于多条飞行试验数据的气动特性修正框架，实现了对地面气动模型及先验不确定性模型的修正。基于试验数据特点，首先从模型辨识角度，改进了传统的多元正交函数法，构建了多试验数据模型项的统计优选准则，设计了基于总体最小二乘思想的定制化参数估计算法；然后从不确定度量化角度，估计出了气动修正模型的总偏差，校验了先验不确定性模型。最后应用提出的修正框架处理某飞行器的10条试验数据。结果表明相比于原始地面气动特性预示方式，修正后的方式，一方面预测的气动系数更接近测量的气动系数，另一方面估计的气动误差带具有较少的误差带外测量点及最高的精细程度。     

高速自旋飞行器气动参数辨识

根据高速自旋飞行器运动的特点，发展了气动参数辨识的一种数学模型，辨识参数包括静态气动导数、气动阻尼导数和马格努斯力矩导数等。仿真算例证实了该数学模型的有效性。应用该数学模型分析处理了某高速自旋飞行器的飞行试验数据．辨识获得了其主要气动参数，并分析了若干常见误差源对气动参数辨识结果的影响。     

基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展

基于高可信度计算流体力学的数值优化设计方法，在提高飞行器气动与综合性能方面正发挥着越来越重要的作用。基于代理模型的优化算法（SBO），由于能够实现高效全局优化，逐渐成为了气动优化设计领域的研究热点之一。近20年来，代理优化算法研究已取得了长足进步，多种先进的新型代理模型被提出，优化理论和算法也不断完善和发展。以飞行器精细化气动优化设计为背景，综述了基于代理模型的高效全局气动优化设计方法研究进展。首先，介绍了基于变可信度代理模型的气动优化设计方法、结合代理模型和伴随方法的气动优化设计方法以及基于非生物进化的并行气动优化设计方法的研究现状和最新进展。然后，针对飞行器气动优化设计学科领域的前沿问题，介绍了基于代理模型的多目标气动优化设计方法、混合反设计/优化设计方法、稳健气动优化设计方法的研究进展，以及基于代理模型的多学科优化设计方法的研究进展。文献综述表明，代理优化算法在设计效率、全局性以及鲁棒性等方面性能优良，已经发展到可以解决100维（100个设计变量）以内的气动优化设计问题，具有良好的工程应用前景。最后，探讨了基于代理模型的高效全局气动优化设计在理论、方法及飞行器设计应用方面所面临的问题和挑战，给出了未来研究方向的建议。