高超声速飞机静气动弹性特性分析方法研究

文中针对高超声速飞机静气动弹性问题的特点,发展了一种兼顾计算精度和效率的气动力计算方法针对高超声速条件下气动力、热,结构三者结合的机理进行研究,分别建立了高超声速条件下,气动力/热/结构多物理场耦合的静气动弹性分析单向耦合方法和双向耦合方法的计算求解框架。利用该分析方法,针对全机模型进行了典型工况的静气动弹性特性的分析求解,并完成相应气动导数,焦点位移和舵面效率的计算,通过弹性结果与刚性结果进行对比,初步验证了该分析方法的合理性。     

国外高超声速飞机动力发展研究

常规水平起降、可重复使用的高超声速飞机是未来军民用航空器的重要发展方向之一。本文针对高超声速飞机的使用需求和动力技术发展难题,概述了美国、欧盟、英国高超声速飞机动力的发展现状,提出了我国高超声速飞机动力发展的建议,为制定我国高超声速飞机动力发展战略提供参考和借鉴。     

高超声速飞机气动外形概念设计

本文对高超声速情报、监视及侦察(ISR)飞机概念外形进行了初步设计。在乘波前体、中部机身、高超声速机翼以及机身尾部设计的基础上,建立了高超声速ISR平台一体化基准外形,对基准外形在设计状态和非设计状态下的气动性能进行了分析,并对概念方案满足设计需求情况进行了验证。结果表明,高超声速ISR平台气动外形在设计状态下的升阻比为4.8822,升阻特性满足设计需求,当升力等于2.0×10⁵N时,阻力小于4.2×10⁴N。高超声速ISR平台基准构型在设计状态下的气动性能比较稳定,在研究的非设计范围内,气动系数随飞行马赫数和高度的变化都不大,具有在广域宽速范围内工作的能力。     

高超声速飞机电子设备舱热模型构建与仿真计算

高超声速飞机电子设备舱的温度场分析需要考虑外部气动加热、舱体热防护系统导热、内部热控系统传热,这三者之间相互影响,热耦合性强。目前对飞机电子设备舱的热分析研究尚没有针对这种热耦合的有效解耦算法。文中针对隔热型热防护系统和以液氮为热沉的相变热控系统为研究对象,建立了电子设备舱隔热层、电子设备、舱内温度场、液氮相变等热力学模型,实现热的解耦计算。完成了高超声速飞机电子设备舱温度计算,并开展了数值模拟方法与该方法的对比分析,表明该方法有效解决了气动加热、舱体热防护系统导热、内部热控系统传热三者间的热耦合计算问题,而且计算速度快、计算精度较高,可以满足概念设计阶段需要。     

高超声速飞行器热结构设计分析技术研究

综述了国内外高超声速飞行器结构热设计分析技术的进展,探讨了计算气动热力学应用于高超声速飞行器结构设计的能力与局限性的现状,提出并讨论了高超声速飞行器热结构设计分析的关键技术及其发展趋势:(1)高超声速飞行器瞬态表面温度和气动加热率计算技术;(2)流-热-固多物理场耦合机理模型技术;(3)流-热-固多场耦合计算分析技术;(4)高超声速飞行器热防护结构设计技术。     

高超声速飞机机载作动系统发展分析

吸气式高超声速飞机面临严酷的高动压、大热流飞行环境,要求机载系统既要兼具高功率、高效能与高耐热能力,又要满足严苛的体积、重量（质量）与能量约束,给飞控作动系统设计带来了极大的技术挑战。本文通过对高超声速飞机任务和平台动力特点的分析,系统地论述了其飞控作动系统面临的挑战,包括能源、结构和热管理等问题。基于已有高速飞机的公开资料,对作动技术发展现状进行了梳理,结合热管理与机载能源的发展趋势,展望了高超声速飞机作动系统的重点发展方向,并给出了具有可行性的发展路线。     

高超声速飞机总体气动布局设计特点分析

本文梳理了高超声速飞机总体气动布局的设计因素变化情况,完成了对某高超声速飞机概念方案和美国洛克希德·马丁(简称洛马)公司提出的SR-72高超声速飞机方案的分析,总结出高超声速飞机总体气动布局设计的多个矛盾点,以现有方案数据为基础,创新性地提出了综合考虑升力机制、焦点变化、动力形式变化、内部容积等因素的高超声速飞机总体气...     

飞机热管理系统动态仿真

为解决飞机热源散热需求大、可用热沉不足的矛盾,提出了一种热管理系统仿真方法.从飞行全过程的角度开展热管理系统方案研究,同时采用C++与AMESim软件,开发了燃油和环控分系统仿真模型,构建了热管理系统动态仿真平台,完成系统仿真.有效地分析了给定飞行剖面条件下,各子系统耦合后的动态变化特性,实时预测设备、散热器、各油箱的...     

高超声速飞机动力装置技术验证

涡轮基和模态转换技术是需要重点攻关的高超声速飞行动力技术。美国长期把研究重点放在超燃冲压发动机技术的研发上,对高速涡轮发动机技术关注不够,以致超燃冲压发动机技术已经通过了飞行验证,而高速涡轮发动机技术还尚待成熟,两种工作模式的转换也还需要进一步验证。     

机载综合热管理系统控制特性分析

以简化的机载综合热管理系统作为研究对象,对系统在不同控制模式下的变化特性进行分析,为系统控制方案的研究提供了理论依据.利用数学模型和计算机模型相结合的方法建立起一种以燃油为主要热沉,具有空气/燃油换热器、燃油/PAO(聚α烯烃)换热器等主要元器件的机载综合热管理系统整体模型,并提出一种模糊自整定的PID(比例-积分-微...     

高超声速飞行器复杂结构热试验技术

为解决高超声速飞行器复杂结构热试验加热器设计难题,以高超声速飞行器钝头体试验样段为研究对象,对复杂结构热试验从试验方案确定,加热器详细设计,温度、应变、位移的测量及热流控制方法等相关技术进行研究。通过自行设计的红外加热器完成了钝头体试验样段的高温试验,获得了大量的温度、应变、位移等试验数据。通过本次研究,梳理了高超声速飞行器复杂结构加热器设计流程,为优化结构设计提供了重要试验数据支持。     

飞机燃油系统热管理研究

为了充分利用飞机所载燃油作为冷源来冷却飞机的其他机载设备与系统,发挥燃油的最大使用效益,提出了飞机燃油系统热管理.通过对飞机燃油系统中流体网络的关键部件燃油增压泵、液动涡轮泵和管网进行数学建模以求解流体网络各节点的流量、压力、温度和热损失,从而能预测出各种情况下换热器前的燃油入口温度和进入飞机发动机前的燃油温度.研究内容可为飞机燃油这一冷源的综合利用及飞机燃油系统的热管理提供科学依据.      

高超声速飞行器发动机热防护与发电一体化系统

在对高超声速飞行器的热防护和机载设备电能需求的综合考虑下,立足发动机能量管理优化,结合CO2的物性特点,提出了以超临界CO2为循环工质的高效热防护与高温发电一体化系统.此一体化方案可以在实现发动机热防护的同时,提供电能、并减少冷却用燃油流量.基于燃油为该一体化系统的唯一热沉,通过理论分析和计算,提出了两个一体化系统,通...     

A power and thermal management system for long endurance hypersonic vehicle

Due to the pneumatic heating and combustion effect, the scramjet engine of hypersonic vehicle faces high temperature challenge. It is necessary to comprehensively consider its thermal management and power generation together. A new Power and Thermal Management System (PTMS) combined with Supercritical Carbon Dioxide (SCO₂) closed Brayton cycle and fuel vapor turbine is proposed and discussed in this paper. The new PTMS can meet the cooling requirement of hypersonic vehicle at Mach number 6–7, and avoid the coking and scrapping in the scramjet cooling channels. Compared with the PTMS only based on fuel vapor turbine, the new PTMS utilizes the waste heat of scramjet to generate more electricity. In addition, it can reduce the use of fuel sink for cooling, and the additional weight penalty can be compensated for long endurance hypersonic flight.     

综合热管理在先进战斗机系统研制中的应用

分析了国外先进战斗机的发展情况,对比了需求的变化和发展趋势,阐述了综合热管理思想的内涵。结合中国先进战斗机的研制,论证了综合热管理的必要性和可行性。结合中国实际情况,提出了热收集、热传输、热排散等综合优化设计方法,采用了多路径高效热收集传输手段、基于隐身的热排散等工程实现途径。综合应用基于温度控制的流量调节、内外循环热综合控制、多模式重构技术等手段,实现了热沉与制冷量的管理,满足了不同状态的热管理需求。针对未来的发展方向以及战斗机热管理面临的难题,提出了一定的见解。     

飞机常规机动仿真的过载控制模型设计研究

在空战战术和战法研究中,通常以飞机机动过载大小和方向(法向过载、航迹滚转角和速度/发动机状态)为输入控制量,继而解算预期动作的飞机动力学参数.根据飞机的航迹特征和飞行员操纵习惯,考虑飞机性能的限制,对飞机实现盘旋、跃升、俯冲、加减速、筋斗、按航路点飞行等常规机动的控制律进行了设计.仿真结果表明,所设计的控制律可以满足常规机动的仿真要求,具有一定的实用价值.     

飞行器热防护与利用一体化系统实验与模拟

通过设计一种基于主动冷却的点阵桁架结构,在降低飞行器质量的同时,实现有效的热防护效果,并在该结构中加入半导体温差发电装置,将产生的气动热转化为电能,可用于飞行器小型用电设备供电.对该热防护与利用一体化系统进行了实验研究.在不同工况下,温差发电功率远大于主动冷却系统的泵功消耗,可实现主动冷却系统的自驱动.通过添加管内表面...     

无人机自动控制仿真系统研究与实现

航迹控制回路是无人机自动控制飞行中的重要环节,它涉及无人机的姿态、航向和飞行状态等重要参数的变化。根据飞行控制的基本控制律实现了无人机在复杂航迹条件下的安全飞行控制,模拟出无人机在自动控制下的航迹、盘旋和着陆等的飞行任务。采用面向对象方法设计了基于堆栈的通用化的航线管理类。并分析了无人机在手动操作切换到自动控制方式时寻找航迹点飞行中可能出现的问题,提出了相应的解决方案。     

类航天飞机前身结构与高超声速流场的耦合传热模拟分析

开展了高超声速流场与结构温度场的耦合数值计算.流场部分求解了三维非定常全Navier-Stokes(N-S)方程,空间差分采用Harten-Yee的TVD(总变差衰减)格式,时间离散采用双时间步推进.固体结构传热部分求解了三维非稳态的热传导方程.通过流固交界面,流体从固体部分得到温度边界条件,固体从流体部分得到热流边界条件,从而实现流场和固体温度场的紧耦合计算.用绕无限长圆柱的气动加热计算验证了该算法的有效性,并对类航天飞机前身结构在气动加热过程中的温度变化做了比较详细的分析.计算结果表明,固体结构在遭遇到气动加热后的一段时间内,壁面温升对壁面热流的影响是很大的,由于一体化计算能很好的综合考虑热壁的影响,因此,开展一体化计算是很有必要的.