21世纪初军用航空技术展望(下)──新武器和新概念技术

高超音速飞行和推进技术高超音速飞行器的研究工作源于５０年代，但至今未能问世。纠其原因主要是在材料、动力装置和使用维护等方面的技术难度太大。目前美国正在进行高超音速飞机所需关键技术的研究工作。其中美国空军的高超音速技术（ＨｙＴｅｃｈ）计划打算验证可供导弹在Ｍ４－８时使用的超燃冲压发动机；美国ＮＡＳＡ的Ｈｙｐｅｒ—Ｘ计划，打算研制一个长３．６６米的无人高超音速验证机，计划２０００年初进行第一次Ｍ数为７的飞行试验，在第三次飞行试验时Ｍ数将达到１０。这些将为高超音速飞机进人工程化阶段创造条件。前沿推进技…     

高超音速进气道的附面层问题

本文论述了高超音速进气道所面临的严重附层面问题,高超音速附面层的特点,高超音速附面层对进气道性能的影响,影响附面层转捩和厚度的诸因素.对如何控制和改善附面层及在设计高超音速进气道时如何考虑附面层因素,亦提出了一些初步看法.     

美空军对未来武器系统的展望

美国空军科学顾问局最近在一份报告中展望了美军下一代将使用的武器系统。报告指出,高超音速战斗机和高能激光武器将是下一代将要启用的武器系统。这份长达2000页的研究报告展望了在未来应用高精度探测器和高超音速导弹攻击面对空导弹的情况,预测了采用装备有高能激光束系统的高超音速战斗机摧毁敌空中及地面目标的可能     

揭开“阿雅克斯”高超音速飞行器的神秘面纱

“阿雅克斯”是前苏联在等离子体技术和磁流体动力学基础上开发出来的一个高超音速飞行器计划,与以往采用传统技术设计的高超音速飞机相比,在技术上具有革命性的意义     

高超音速飞行器试飞测试仪器

美国正处于高超音速研究机的概念定义／设计阶段。一个国家级的小组正在设计“国家航空航天飞机”－也就是人们称为Ｘ－３０的一种高超音速研究飞行器。由于预计需要从比先前飞机所处的环境更加严酷的环境中获取大量的高精度数据,所以实现飞行试验的技术将变得更复杂、更困难,为了向系统设计人员和试验人员提供安全进行包线扩展和高超音速试飞研究所需要的实时和飞行后数据,将需要新的传感器、检测技术和机载处理及数据压缩设备。     

展望未来的高超音速飞行推进器新技术

高超音速飞行推进器在军事和民用上都有广泛的应用前景。特别是在军事上，研制出推重比更高，制造成本更低，使用经济性更好的推进器，一直是科技发达国家，如美国、俄罗斯和法国加速发展的目标。本文对高超音速飞行推进器的技术发展趋势进行了综述。     

高超音速飞行器发展中的关键技术

本刊第三期介绍的各种高超音速飞行器发展计划,需要攻克一系列关键技术才能到达成功的彼岸。主要的关键技术有材料与结构、推进技术和空气动力学。通过前一阶段各种高超音速研究计划的实施,在这些关键技术领域,都取得了很大进展,特别是材料领域,进展最大,已接近单级入轨的要求。这也为美国研制单级入轨火箭作好了技术准备。 材料与结构 特别是轻的结构和具有防、抗热能力的结构与材料是发展未来高超音速飞行器的关键要求。一方面,很轻的结构要求材料具有高的对质量的比特性;另一方面,大的结构件必须能在-250-1800℃的温度范围内正常工作。重复使用的高超音速飞行器要求结构更轻、更坚固。在结构优化设计的基础上,结构材料的选用变得更为关键。例如:先进     

高超音速飞行器及其发展趋势分析

近半个世纪以来,航空航天界中没有哪一项技术像高超音速技术那样,耗掉了几辈人的心血,却至今没有得到最终的成果.50年代末,美国X-15高超音速验证机的首次高超音速飞行试验,曾鼓舞人们采用吸气式发动机去利用空气中的氧;60年代,又开展了超音速燃烧冲压发动机等一批关键技术的研究,但美国的航天飞机却仍然在使用火箭发动机.1986年美国的国家空天飞机     

高超音速飞行器前缘驻点气动加热的计算

介绍了以高超音速(马赫数不小于6．0)在地球大气层中飞行的飞行器外表面的附面层与飞行器壁面间热交换的物理特性及高超音速附面层的数学模型，给出了该飞行条件下轴对称形式的飞行器前缘驻点空气动力加热的计算方法。     

德国继续高超音速推进研究

德国继续高超音速推进研究对非对称二维喷管采用氢进行冷却研究之后，德国ＭＴＵ公司设想在１９９５年实现一个马赫数７的冲压发动机的实验机。德国的Ｓａｎｇｅｒ高超音速轨道飞机将采用涡轮喷气／液氢冲压组合发动机为动力装置。发动机拥有一个矩形进气道和一个扩压器。...     

非线性预测控制模型方法综述

预测控制(MPC)算法经历了30余年的发展,展现出强大的生命力。近年来,非线性MPC已逐渐成为MPC研究的热点。非线性系统多样性给非线性MPC研究造成了困难,主要体现在模型选取、能量函数求解和非线性算法等诸多方面。非线性MPC以非线性模型为基础,这也是非线性MPC区别于线性MPC的根本因素。论文针对非线性预测模型进行了总结和评述。     

飞行器纵向非线性动力学建模对稳定性的影响

飞行器的稳定性分析与建立的动力学分析模型密切相关.传统的稳定性分析方法是基于小扰动假设建立线性化模型,当飞行状态中非线性特征明显时,其结果误差会带来多大的影响是人们关心的问题.通过建立飞行动力学非线性模型和气动力非线性模型,采用时间推进方法对两类非线性问题进行了比较系统的研究.数值计算结果表明,飞行动力学非线性模型与线性模型相比,周期增大、幅值减小、衰减率增大;而菲线性气动力模型对周期几乎没有影响,但对幅值有一定的影响.     

基于分层思路的动态非线性气动力建模方法

很多非线性气动力模型难以精确预测系统的小扰动线性特征。针对这一局限,提出了一种非线性分层模型,用于辨识跨声速非线性非定常气动力。分层建模需要同时提供微幅振荡和大幅振荡两套训练样本,首先通过线性模型(如带外输入的自回归(ARX)模型)对微幅振荡样本进行建模,而后采用非线性模型(如径向基函数神经网络(RBFNN))对大幅振荡的样本与线性模型的差量进行建模,进而把线性模型和非线性模型的输出相叠加,得到分层非线性动力学模型。算例表明建立的分层气动力模型与单一自回归径向基函数(AR-RBF)神经网络模型相比不仅具有更高的数值精度,可以精确预测大幅运动中的非线性特征,而且在小扰动状态下自动退化为线性模型,能够精确刻画结构微幅振荡下的线性动力学特性。     

自适应变搜索域遗传算法及其在发动机模型中的应用

针对发动机数学模型中非线性方程插值解法的不足,提出非线性方程自适应变搜索域遗传算法解法。论文详细分析了方程求解转化为遗传算法优化的数学描述、依据方程解临域特征的自适应变搜索域机理及算法的具体实现技术。实例计算与发动机仿真结果说明:所设计的变搜索域遗传算法可作为通用的非线性方程解法,相比较于简单遗传算法,能成倍提高计算效率;替代插值解法应用于发动机模型,可有效提高模型的收敛性。     

基于模态综合法的含间隙折叠舵面动态特性分析

基于模态综合法对含间隙折叠舵面的非线性动态特性进行了研究。首先根据折叠舵面的结构特性建立含铰链连接的有限元模型，并采用双协调自由界面模态综合法对折叠舵面的有限元模型进行降阶。其次对不含间隙的折叠舵面进行扫频和模态实验，检验有限元模型及其降阶动力学模型的精度，并基于模型修正得到铰链的等效线性连接刚度。最后将等效线性连接刚度和间隙值进行组合，得到不同间隙下铰链的非线性连接刚度，完成含间隙折叠舵面的非线性动力学模型建立。基于非线性动力学模型对含间隙折叠舵面进行数值扫频，计算结果与实验扫频结果吻合良好，验证了所建立非线性动力学模型的精度及其在含间隙折叠舵面非线性动态特性分析中的可行性。     

气压缓冲器非线性数学模型辨识

为了求得某涡喷发动机中气压缓冲器的高精度数学模型,利用机理建模的方法,建立了气压缓冲器非线性数学模型的基本结构,用模型辨识方法得到了模型的参数。通过时域仿真与实测结果的比较,证明非线性模型的最大误差比线性模型的小３倍。     

Nonlinear thermomechanical deformation behaviour of P-FGM shallow spherical shell panel

In the present article, the linear and the nonlinear deformation behaviour of functionally graded (FG) spherical shell panel are examined under thermomechanical load. The temperature-dependent effective material properties of FG shell panel are evaluated using Voigt’s micro-mechanical rule in conjunction with power-law distribution. The nonlinear mathematical model of the FG shell panel is developed based on higher-order shear deformation theory and Green-Lagrange type geometrical nonlinearity. The desired nonlinear governing equation of the FG shell panel is computed using the variational principle. The model is discretised through suitable nonlinear finite element steps and solved using direct iterative method. The convergence and the val-idation behaviour of the present numerical model are performed to show the efficacy of the model. The effect of different parameters on the nonlinear deformation behaviour of FG spherical shell panel is highlighted by solving numerous examples.     

Time-domain nonlinear aeroelastic analysis and wind tunnel test of a flexible wing using strain-based beam formulation

A theoretical formulation for time-domain nonlinear aeroelastic analysis of a flexible wing model is presented and validated by wind tunnel tests. A strain-based beam model for nonlinear structural analysis is combined with the Unsteady Vortex Lattice Method (UVLM) to form the complete framework for aeroelastic analysis. The nonlinear second-order differential equations are solved by an implicit time integration scheme that incorporates a Newton-Raphson sub-iteration technique. An advanced fiber optic sensing technique is firstly used in a wind tunnel for measuring large structural deformations. In the theoretical study, the nonlinear flutter boundary is determined by analyzing the transient response about the nonlinear static equilibrium with a series of flow velocities. The gust responses of the wing model at various gust frequencies are also studied. Comparisons of the theoretical and experimental results show that the proposed method is suitable for determining the nonlinear flutter boundary and simulating the gust response of flexible wings in the time domain.     

涡轴发动机组合模型非线性预测控制

针对涡轴发动机,为了更好的满足控制系统的实时性要求和提高控制性能,建立了数值稳态非线性模型和ARX动态线性模型相串联的组合模型,并将其作为预测模型,设计了非线性预测控制器。由于优化求解控制器时避免了非线性规划问题,控制系统的实时性得以保证。仿真结果表明,当旋翼负载变化时,功率涡轮转速收敛速度快,稳态精度高,超调量小。     

飞机结冰后非线性气动力建模及动态响应特性研究

当前结冰后的动力学仿真主要基于线性气动力模型及结冰影响模型进行,对于结冰后非线性气动力模型的研究较少,然而这对于飞机结冰后在大迎角等非线性区域的动力学分析极为重要.研究了飞机结冰后的非线性气动力模型,将结冰后线性气动力模型的估算方法扩展到非线性气动力模型上,并在结冰后大迎角区域风洞试验数据的基础之上,对失速及过失速区的气动参数变化进行修正.研究了飞机在不同升降舵脉冲信号作用下的动态响应.仿真结果表明,计算结果能够较好地反映飞机在结冰状态下的动力学特性,提出的非线性结冰影响模型能够为结冰条件下研究飞机失速及过失速区域的动力学特性提供理论支撑.