基于风洞试验的非定常气动力微分方程建模方法

为准确描述大攻角非定常运动中非定常气动力的气动特性,研究了以微分方程为基础的非定常气动建模方法。在某战斗机大振幅偏航、滚转单自由度及偏航-滚转耦合运动风洞试验的基础上,对偏航力矩、滚转力矩建立微分方程模型,分析研究不同频率、同一侧滑角情况下,气动力的迟滞时间;然后对高频运动下的气动力进行拟合,进而建立高频运动下的气动力微分方程模型。研究表明:模型可精确预测不同机动下非定常气动特性;建模方法具有较强的工程可行性。     

折叠翼变体飞行器非定常气动特性实验研究

折叠翼变体飞行器是一种可以在飞行中改变自身气动外形的新型飞行器。研制出了一种折叠翼变体飞行器的风洞实验模型,在风洞实验中测得了模型不同变体位置下的气动力以及进行变体运动时气动力的动态变化过程,并通过 PIV 实验手段获得模型周围的流场在变体运动过程中的变化情况。结果表明:在机翼变形过程中,折叠翼模型有明显的非定常气动现象产生,而且折叠变形的速度越大,非定常现象越明显。出现非定常现象的主要原因是变体运动对机翼前缘涡的影响。     

俯仰-滚转耦合两自由度大振幅非定常实验技术

主要介绍了一套用于３ｍ低速风洞的俯仰－滚转两自由度大振幅非定常实验系统。该系统由三大部分组成：俯仰－滚转两自由度的模型动态支撑机构;俯仰－滚转两自由度电控液压系统;数据采集与处理软件系统。该系统可以在风洞中真实模拟飞行器姿态变化,并测量其相应的六分量非定常气动力变化。为飞行器的飞行力学动态性能分析或飞行模拟器提供非定常气动力数据。另外,用三角翼在３ｍ风洞进行了多种运动状态的非定常气动力特性测量,结果真实地反映了大迎角与大滚转角时三角翼的非定常气动特性     

高速风洞大振幅俯仰动态试验技术研究

在高速大迎角时的动态气动特性是衡量新一代高机动飞行器气动性能的重要参数之一。笔者介绍了在CARDC的FL 21与FL 24高速风洞配套的大振幅俯仰动态失速实验系统。该系统包括:FL 21与FL 24高速风洞大振幅俯仰运动机构;俯仰运动控制系统;数据采集与处理软件系统。该系统可以在高速风洞中真实模拟飞行器大振幅俯仰运动,并测量其相应的非定常气动力的变化,也可以为飞行器的飞行力学动态性能分析或飞行模拟器提供非定常气动力数据。试验研究初步揭示了航天飞机OV102模型高速大迎角俯仰运动的动态气动特性。     

飞机大攻角气动力建模研究进展

在飞机大攻角气动力建模领域中，将已有的模型归纳为代数模型、积分模型和微分方程模型三类。文章给出了非线性气动力两种常用的代数模型──多项大模型和样条函数模型；简要阐述了非定常气动力积分模型的建立及其简化过程；重点综述了新近开发的微分方程模型，从有分离的翼型和有涡破裂的三角翼气动力模型形式推广出微分形式的飞机大攻角气动力模型。应用实例表明，积分模型和微分方程模型能够描述大攻角气动力的非定常增升和迟滞效应。     

基于非定常气动力建模的动导数仿真实验

应用系统辨识理论,利用纵向大振幅非定常气动力实验数据,在频率域内建立了基于Ｆｏｕｒｉｅｒ 变换法的非定常气动力数学模型,并发展了一种获取常规动导数的仿真实验方法,分析了迟滞环的物理意义。对６０°三角翼和Ｆ－１８ 飞机模型进行动导数仿真计算,研究了不同振幅、频率及迎角变化对动导数的影响。结果表明,Ｆｏｕｒｉｅｒ 变换模型可以用于动导数仿真计算,使大振幅非定常实验与小振幅常规动导数实验合二为一。迟滞环的方向反映了飞机运动的阻尼特性。     

旋转导弹风洞动态测力试验技术研究

常规风洞静态气动力测量技术无法得到旋转导弹的非定常气动特性数据,需要研究在风洞中模拟旋转导弹运动特征以及对气动力实现动态测量的试验技术。在1.2 m量级超声速风洞中,研究了大长细比导弹模型旋转运动主动控制技术以及与旋转运动对应的动态测量试验技术。采用旋转导弹模型（长细比为20）对建立的试验技术进行了风洞试验验证。结果表明:采用微型驱动系统并对旋转组件与导弹模型进行一体化设计,可以对大长细比导弹模型转速进行稳定控制;建立的风洞动态测力试验技术可以对导弹模型旋转运动下的动态数据进行测量,试验数据重复性精度良好。     

有翼航天飞行器高速动态气动特性试验研究

在CARDC0.6m×0.6m高速风洞中进行了航天飞机类模型的动态失速试验。在M数为0.4～1.2,迎角为0°～75°范围测量了模型的动态气动特性,研究了各种运动参数对动态气动特性的影响。结果表明,在试验范围内,俯仰振荡引起了不同程度的气动迟滞现象,各运动参数对模型的动态气动特性都有重要影响,仅在迎角约为20°～40°时,非定常法向力增量存在,相应的非定常效应较明显。     

非定常气动力建模研究与虚拟飞行试验验证

非定常气动力建模涉及空气动力学、飞行力学、飞行控制等多个领域,是完善飞机大迎角气动数据库的关键。传统的气动数据库模型为动导数模型,由静态气动力、旋转天平、动导数等数据构成,无法精细表征过失速机动状态下的非定常效应。循环神经网络（RNN）结构是一种处理和预测序列数据的神经网络结构,在人工智能领域运用广泛,与非定常气动力一样都具有时间序列依赖的特点。重点研究了循环神经网络在非定常气动力建模中的应用,利用单自由度俯仰振荡的风洞试验数据进行建模。使用强迫运动试验与虚拟飞行试验2种方法对非定常模型进行验证:在强迫运动试验中,通过直接对比气动力曲线,对具有实战意义的眼镜蛇机动进行了验证;在虚拟飞行试验中,通过对比试验与建模仿真的运动参数曲线,验证了气动力模型的准确性。2种验证方法均表明循环神经网络模型比传统动导数模型更接近试验结果。     

飞行器非定常气动力试验与建模研究

介绍了57°三角翼布局战斗机模型在CARDC直径3.2m风洞进行的俯仰、偏航和滚转3个方向大振幅振荡的非定常气动特性,试验的振幅为20°、35°,俯仰和偏航振荡的减缩频率为0～0.06,滚转振荡的减缩频率为0～0.2。另外利用基于频率域的Fourier变换法和非线性代数法,对非定常气动力建模进行了探讨,气动模型预测结果和试验结果具有较好的一致性。     

某飞机系列风洞试验研究

介绍了某飞机在气动中心4m×3m风洞进行的系列风洞试验研究情况。研究目的是获得在不同布局状态下飞机的低速气动性能。研究结果表明:改变机翼边条可有效地改善飞机的纵向稳定性;将两侧进气改为腹部进气,大大降低了飞机的航向稳定性;采用机头边条措施可使飞机的航向稳定性有较大提高;进行通气模型的风洞试验,其结果与不通气时的结果差异不大。     

面向图形对象技术在风洞应变天平CAD系统中的应用

ARX是新一代面向对象的AutoCAD开发环境，在介绍其特征和功能的基础上，对风洞应变天平CAD系统开发中的一些关键技术进行了讨论，介绍了系统的总体结构，数据库的建立、阻力优化设计的数学模型和应用MFC实现图形用户化界面的设计思想与实现技术。ARX支持面向对象技术的特性改变了传统CAD软件的开发模,显示了广阔的应用前景。     

卡尔斯潘公司高超声速脉冲设备建设历程分析

本文主要介绍分析了美国卡尔斯潘公司的系列高超声速脉冲设备建设历程。为了适应不同的研究目的,卡尔斯潘公司先后建造了6座激波风洞和2座膨胀管风洞等脉冲设备,它们分别为11×15英寸激波风洞、48英寸激波风洞、96英寸激波风洞、无名高焓激波风洞、LENS Ⅰ激波风洞、LENS Ⅱ激波风洞、LENS X膨胀管风洞以及LENS XX膨胀管风洞。不管是设备规模,还是试验模拟能力以及测试技术水平,这些脉冲设备基本上代表了同期世界最高水平,并在一定时间内依然处于世界领先地位。本文通过对卡尔斯潘公司的LENS系列脉冲设备建设历程进行分析,希望可以对我国脉冲设备建设和发展相应的测试技术等提供一些有益的借鉴和参考。     

虚拟样机与天平研制

虚拟样机是一种数字产品模型,是一种新型的基于产品计算机仿真模型的数字化设计方法,是将目前的CAD、CAE等CAx技术结合在一起的一种集成技术,贯穿于产品生命周期的全过程。应用虚拟样机技术现已成功地完成了多台天平及其支撑系统的研制,其在风洞应变天平及其相关设备的研制中将发挥越来越重要的作用。     

电弧风洞CO2介质运行分析

为开展金星和火星探测器地面防热试验研究,通过对CO2气体平衡成分分析、喷管流场计算和风洞运行能力分析,评估了电弧风洞模拟探测器进入CO2大气环境时的防热试验能力。首先采用平衡常数法计算分析CO2气体在不同温度和压力下的平衡成分,接着利用一维等熵理想气体模型分析喷管内平衡流和冻结流2种流态下的流场参数,最后计算CO2介质运行时喷管出口的驻点参数,评估驻点压力和驻点热流的包络性能。结果表明:电弧风洞CO2介质运行时气流在加热器内含碳量高达30%,并可能在水冷壁上沉积,降低设备绝缘性能和换热效率,给设备安全运行带来隐患;在平衡流和冻结流2种流态下,喷管出口气流中均含有CO和O2,且CO含量高达50%,为保护下游的真空设备和人员安全,防止反应生成的CO浓度达到爆炸极限,给出了在扩压器补充惰性气体钝化的初步方案。     

非定常涡升力的实验研究

本文简要介绍近年来国外进行非定常涡升力实验研究的一些情况,以供开展有关工作的参考。     

边界层对可调节进气道性能的影响

给出了马赫数2~6、单位雷诺数(0.8~6.0)×107/m时下吹式风洞中可调节三维进气道的试验研究结果.研究了前缘前掠和后掠方案以及进气道入口前边界层的影响.测量了内流道内的压力分布、质量流量和总压恢复系数;确定了进气道启动与马赫数和流动工况的关系.研究结果表明:边界层对流场结构和模型进气道的性能有着决定性影响,相对简单的进气道调节方案可以增大其稳定运行范围.     

风洞模拟建筑物对大气污染物扩散影响的若干问题讨论

通过相似性分析,得到了大气污染建筑物影响风洞试验应满足的基本相似条件.由一个实例研究了利用常规风洞模拟装置和测试仪器进行大气污染建筑物影响风洞试验在技术上的可行性.结果显示:由于模拟装置和仪器条件的限制,在大多数风洞试验中存在大气边界层不完全模拟和仪器响应过慢等问题,但通过合理模拟来流的主要湍流特征和改进采样方法,可以在风洞中较真实地模拟建筑物对大气扩散的影响.     

俯仰振荡三角翼在非定常自由流中运动的实验

在南京航空航天大学已建成的国内首座非定常风洞内,研制了一套单自由度俯仰振荡实验装置,设计开发了一套对模型姿态和来流风速进行联合控制的软件。对一60°后掠三角翼模型进行了单独俯仰振荡运动和俯仰振荡与自由来流耦合运动的实验。实验结果表明:模型做单独俯仰振荡时,振动频率和振动幅值的影响只有在迟滞环出现后才起作用,而迟滞环的出现是由于翼面上的不同流态对外界扰动的反应时间不同造成的。非定常自由流对做俯仰振荡的三角翼气动特性有很大的影响,模型上仰过程中来流的减速,进一步提高了最大升力系数,推迟了失速迎角;模型下俯过程中来流的加速,则更进一步推迟了升力系数恢复到静态时的值。当翼面上产生破碎涡流时,非定常自由流的作用表现得更为明显。     

小升阻比载人飞船返回舱的配平气动特性

本文主要介绍小升阻比载人飞船返回舱的配平气动特性。研究表明，采用返回舱重心横编的方法，在保持对静稳定性的要求下，可以获得飞行轨迹机动控制所需的配平升阻比。返回舱飞行试验的配平气动特性可从舱内惯性平台的加速度和姿态记录数据以及轨道数据求出。风洞试验的配平气动特性数据与飞行试验结果比较之后发现，以往风洞试验得出的马赫数大于６后，返回舱的配平气动特性基本不变的结果未被飞行试验所证实。在高超声速下，随着马赫数的增大，飞行试验得出的配平攻角和配平升阻比基本上呈线性减小。返回舱的静稳定性数据表明，有时会出现不希望的第二配平点。消除该第二配平点的主要方法是进行外形修改设计和在返回舱小头上加装调整翼片。