空中加油对接过程软管-锥套动态特性

建立了加油软管-锥套系统的动态数学模型,并利用该模型进行空中加油对接过程模拟.在加油机尾流场中,根据牛顿运动定律,推导定长度软管-锥套系统的运动学方程和动力学方程;建立了变长度的软管-锥套模型来控制对接过程软管-锥套的稳定性,对软管-锥套动态特性进行了分析.在Matlab/Simulink仿真平台下搭建模型,在不同的飞行条件下对模型进行数字仿真验证.仿真结果与国内外公开试飞数据相吻合,验证了模型的正确性.所建模型可用于有人机空中加油训练模拟和无人机自主空中加油仿真等.     

大气紊流对空中加油软管锥套运动的影响

为研究大气紊流对软管锥套运动的影响,将空中加油软管质点离散化,从软管、稳定伞空间受力出发,建立了软管锥套的动力学模型,并对其运动进行了仿真计算和分析。仿真结果表明,在晴空大气紊流作用下,锥套会产生高频振荡。高度一定时,大气紊流对软管锥套运动的影响随加油机速度的增大而减小;真速一定,加油机高度小于11 km时,锥套运动幅值和高度没有单一的线性关系,当高度大于11 km后,锥套运动幅值随高度的增加而减小;表速一定时,大气紊流对软管锥套运动的影响随加油机高度的增大而减小。     

空中加油软管锥套组合体甩鞭现象动力学建模与分析

软管锥套组合体特殊的刚-柔-液耦合结构使其甩鞭现象动力学特性极为复杂,尚无法准确建模分析,严重制约了现有抑制措施的有效性,大大限制了空中加油对接的成功率和安全性。为分析甩鞭现象的动力学特性,基于集中参数的多刚体动力学,提出一种包含软管弹性且长度可变的软管锥套组合体运动模型。软管被抽象为由无摩擦铰链相互串联的若干变长度刚性连杆,各连杆质量和受力假设集中于铰链处。同时考虑软管弯曲恢复力、软管收放、加油机牵连运动、重力、定常流、大气扰动以及加油机尾流等内外部因素,推导出迭代形式的软管锥套组合体运动方程。通过数值仿真,对不同对接速度、不同软管长度和恒力弹簧控制方式等因素对甩鞭现象动力学特性的影响进行分析。结果表明,在对接速度柔和、软管长度较长时,对接诱发的甩鞭现象程度较轻。恒力弹簧控制方式诱发类似简谐振动形式的甩鞭现象,根源在于软管收放控制范围有限,回卷滞后性明显无法匹配受油机对接速度。     

空中加油复杂环境下软管-锥套动态响应分析

流场扰动下空中加油机软管-锥套的动态特性会直接影响加油任务的成功率和飞行安全。首先基于绝对节点坐标法建立了考虑截面变形和旋转的软管-锥套多体动力学模型;然后引入加油机尾流场特性数据,计算了软管-锥套不同工况下的拖曳平衡位置,计算结果与风洞试验符合性良好,验证了算法准确性,且与传统有限元模型相比,计算效率明显提高;最后研究了软管-锥套在大气紊流、阵风扰动等复杂环境下的动态响应。结果表明:软管-锥套平衡位置主要受飞行动压影响,相较于大气紊流,阵风扰动对软管-锥套稳定性影响更大。     

基于MBD-CFD的软管-锥套空中加油仿真框架

随着无人加油等新兴应用场景的出现,软管-锥套式空中加油技术近年来重新得到了航空工业界的重点关注。使用计算机数值模拟手段对空中加油系统进行流体-动力学仿真,已成为空中加油系统设计、研发和飞行测试评估中的必备手段。一方面,基于工程简化模型的软管-锥套仿真方法的数值模拟精度难以满足实际需求,另一方面,完全基于非定常计算流体力学（CFD）的耦合仿真方法计算量较大,在有限计算资源条件下难以满足快速设计迭代与多参数优化的计算效率需求。通过将多个求解层次的流固耦合分析工具有机结合,建立了基于多体动力学（MBD）和CFD的加油机软管-锥套装置的耦合仿真框架和方法。对典型加油机-软管-锥套组合体的全尺寸构型和缩比构型进行了数值模拟,通过多个算例验证了本方法的可信性。通过将非定常CFD方法与基于气动建模的尾迹流场动态插值方法结合,可将后者的计算精度提高至与非定常CFD方法相当,同时将计算量减小2个数量级以上,从而实现了计算精度和效率的兼顾。     

增稳锥套与软管二级摆建模与仿真

为给增稳锥套的概念设计提供一种仿真验证平台,提出了一种简化的软管与增稳锥套二级摆模型,建立了其运动模型,并进行了仿真研究。首先,使用三维建模软件UG设计了一种加装十字形舵面的增稳锥套,通过CFD方法计算得到此锥套在不同迎角下的气动系数,并采用一元线性回归方法对气动系数进行拟合。然后,给出了二级摆模型,建立了其运动学与动力学方程,进一步搭建了其MATLAB/Simunlink仿真模型。最后,利用前面拟合所得的气动系数进行了仿真,获得了稳定气流中增稳锥套的静力平衡位置,为增稳锥套的进一步主动增稳控制方法研究奠定了仿真验证平台基础。     

基于CFD的软式空中加油锥套气动特性研究

无人机空中加油缺少人为的观测与控制,若要进行自主控制下的空中加油,获取精准的气动数据则十分关键。基于CFD研究了国外某型锥套的气动特性,通过改变锥套支撑臂数量、空速以及稳定伞面积3个因素,构建了不同的三维子模型。利用数值计算分析了其对锥套气动参数的影响,并探究了影响规律。仿真结果表明,支撑臂数量和稳定伞面积均会影响阻力系数,而空速对阻力系数几乎没有影响。该方法可以用来预测影响因素发生变化时锥套阻力系数的变化趋势,为分析锥套气动特性提供了理论依据。     

软管式自主空中加油对接阶段中的建模与控制综述

软管式自主空中加油(PDAAR)在军用和民用上有着十分重要的意义。软管式自主空中加油的对接阶段是所有阶段中精度要求最高和控制难度最大的一个阶段,其建模与控制问题具有代表性和挑战性。首先,介绍了自主空中加油(AAR)的基本概念及意义,并总结了自主空中对接控制的特点和要求。随后,系统性地梳理了AAR对接阶段中的建模和控制问题,概述了国内外文献中研究该问题的方法,并提炼了该领域依旧存在的问题。进一步,简要分析和综述了国内外AAR飞行验证情况。最后,针对建模、控制和决策,从工程实践角度分析并总结了自主对接未来可能的工作,从科学研究的角度总结了6个重点研究的科学问题。     

空中加油机加油软管锥套气动稳定性风洞试验技术

软式加油方式中加油软管锥套受气流影响会发生气动不稳定现象,严重影响空中加/受油的成功率和安全性,其中加油机的尾流场是影响软管锥套稳定性的主要因素。本文研究了空中加油机加油软管锥套的气动稳定性风洞试验方法,建立并分析了相似准则,给出了双目系统测量软管锥套位移的具体方法,利用自动舵机实现了加油软管自动收放,形成了完整的加油软管锥套气动稳定性风洞试验技术,并将其应用于某型加油机加油吊舱、中心线平台等部件的选型优化。结果表明,该试验技术能有效模拟处于加油机尾流场下的软管锥套收放过程和固定管长时的气动稳定性,试验获得的锥套下沉量和振动幅值明确了不同加油吊舱、中心线平台构型的优劣性,能够为加油机关键加油部件选型优化及飞行试验提供可靠的试验数据。     

插头-锥管式空中加油系统加油过程载荷研究

插头-锥管式空中加油系统加油过程载荷是空中加油系统设计的重要战技指标,直接决定着空中加油系统、受油装置、机体结构设计的成败与否。通过对插头-锥管式空中加油系统加油过程载荷形式、研究现状的调研,提出了加油过程载荷研究的关键技术,给出了对应解决措施,为后续研究提供方法和依据,并给出了相关建议。     

球锥细长体等离子体鞘套分析

在高速飞行器再入大气的过程中,将出现严重的通讯中断问题。了解飞行器周围等离子体鞘套特性,是解决通讯中断问题的前提。为此,本文从简化Navier-Stokes方程出发,采用差分方法计算了小钝头锥体二组元扩散、化学平衡层流流场,给出了流场参数、电子密度、碰撞频率以及表面热流和阻力系数的分布。本文结果与边界层理论计算结果和无粘流场计算结果进行了比较。     

动量环式主动增稳加油锥套建模与飘摆抑制

空中加油软管-锥套受大气紊流等干扰产生飘摆运动,加大了对接过程的不确定性和危险性。创新设计了一种自旋动量环式主动增稳加油锥套,在锥杯处集成一对偏置动量环实现飘摆抑制,避免传统翼舵式锥套回收时舵面与加油机吊舱口撞击风险。基于拉格朗日方程建立了考虑动量环旋转的多级串连单摆系软管-锥套系统运动模型,分析了阵风及大气紊流干扰对锥套飘摆运动特性的影响,提出了基于动量环控制的飘摆抑制方法,仿真表明该方法能够有效缩短阵风干扰下锥套收敛至稳态位置的时间,减小大气紊流干扰下锥套飘摆幅度,削弱高频动态响应。     

局部弯矩对复合材料结构连接区的影响

本文选取部分不同连接形式的复合材料连接试验,首先按一般结构强度设计时将连接区视为理想化的模型预算结构破坏模式及最大承载值,再结合试验结果分析不同连接形式中影响破坏的关键原因,相互比较,寻求较合理的复合材料连接形式,避免复合材料结构连接设计中的不足。     

中心锥锥角对航空发动机腔体RCS的影响

为研究航空发动机中心锥锥角对发动机腔体电磁散射特性的影响,采用迭代物理光学法和矩量法计算了不同锥角下雷达散射截面(RCS)随探测角度的变化,分析了不同探测角度范围下RCS平均值的变化趋势。结果表明:在-6°～6°探测角下,中心锥半锥角45°为RCS均值峰值点,半锥角40°及60°时出现RCS均值波谷值;40°或60°半锥角可作为航空发动机中心锥设计参考值。     

套齿连接转子简化建模及动力特性分析

在进行转子和整机计算时建立套齿结构接触模型会增加计算量,降低计算效率,直接将套齿结构省略又无法体现其刚度特性变化对转子动力特性的影响。针对该问题,基于航空发动机单圆柱面套齿连接的结构和力学特征,建立了考虑构件间界面接触状态的力学特征分析模型,提出了考虑套齿结构刚度随参数变化的简化建模方法,并与套齿接触模型进行了对比分析。建立了单圆柱面套齿连接结构转子简化模型,开展了相应的转子动力特性试验,对比分析了拧紧力矩对转子模态频率的影响。结果表明：转子简化模型与试验模型最大计算误差小于5%,证明套齿结构简化建模方法具有较高的可靠性和准确性,可为工程实践中高效开展含套齿结构转子及整机动力学准确计算分析提供方法与参考。     

静音锥对超声速客机声爆水平的影响分析研究

静音锥低声爆的基本原理是通过在超声速飞机头部加装静音锥将机头产生的强激波转化为一系列互不叠加的弱激波,从而达到降低声爆的目的。论文以一种“梭式”布局的超声速客机为基本模型,采用CFD和波形参数法相结合的方法,研究了不同参数的单级和多级静音锥对超声速客机声爆水平的影响。结果表明,静音锥的长度可以调节激波的干涉程度;静音锥的直径和圆锥顶角能改变静音锥的初始超压值;静音锥级数对上升时间影响显著。     

非对称转捩对钝锥静稳定性的影响

一、引言 当再入飞行器进入大气层时,在一定的高度范围内会发生边界层转捩。飞行试验的结果表明,在转捩的高度上出现了攻角发散的现象,从而影响了飞行器的性能。因此国外从六十年代起就已注意这个问题了。早期的研究主要是对称转捩问题,但后来发现,所谓“非对称转捩”对稳定性的影响更大,所以七十年代以后逐渐侧重于非对称转捩的研究。代表这些研究成果的主要文献有[1]—[4]等。     

锥角对旋转整流罩积冰影响的模拟实验

采用缩比模型对4种不同锥角的旋转整流罩进行了冰风洞积冰模拟实验.推导出旋转表面积冰相似参数,并根据重要参数的匹配确定缩比整流罩模型的积冰实验参数.在实验中采用高速摄像系统记录冰生长过程及最终冰形.结果表明:4种锥角的整流罩表面积冰均由初期生成、分布连续的明冰和后期增长迅速的白色霜冰构成;锥角小于等于74°的整流罩表面霜冰为针状或粒状,积冰厚度较小;锥角大于80°的整流罩表面霜冰为羽毛状,积冰厚度较大,并伴随冰脱落现象,锥角较大的整流罩冰脱落位置向下游移动.      

内喷管单元间隙对塞锥换热的影响

为了解内喷管单元间隙对塞锥换热的影响,建立塞式喷管发动机的三维计算模型,采用数值模拟的方法对不同背压不同冷却剂流量下的塞锥进行换热研究,得出不同工况下的冷却剂温升、压降以及壁面温度、压强和热流密度的分布情况,其中着重研究了内喷管单元间隙对塞锥换热的影响.计算结果表明:由于受单元间隙的影响,造成沿宽度方向上塞锥壁面的压强、热流密度和温度的大小分布不均,并且随着环境压强的降低,单元间隙的影响有减弱趋势.      

背压对液体离心喷嘴喷雾锥的影响

通过理论结合数值仿真的方法考虑背压对液体火箭发动机用液体离心喷嘴喷雾锥的影响。在理论模型的基础上,使用旋转轴对称模型对离心喷嘴内外流场求解耦合VOF方程的N-S方程组的数值模拟表明:背压增加,喷雾锥内外压差使喷雾锥向内收缩。基于流场参数分析,建立内外压差的经验公式,得到了与实验吻合的考虑背压影响的喷雾锥模型。