小不对称再入体滚转气动力测量技术

为了解决小不对称再入体滚动气动力测量问题,北京空气动力研究所研制开发了以空气轴承为核心的滚转气动力测量技术,利用空气了轴承自身旋转阻尼非常小的特点,使模型做自由滚转运动,一个特殊设计的非接触的光学测量系统测出模型的转角随时间的历程,用参数拟合的方法得到滚转力矩的大小和方向。为验证该项实验技术的正确性与可靠性,在φ500高超声速风洞中对4个模型进行了吹风实验,吹风马赫数为5,测量滚转力矩系数C10和滚转阻力矩系数C1p。实验结果表明,该文方法数据合理,并较其它方法更具有鲁棒性。     

小滚转力矩测量技术研究

描述了小滚转力矩测量技术的发展,重点介绍了一种于小滚转力矩测量的新型内式六分量应变天平。基于一种“双交叉挠曲弹性枢轴”结构及电子束焊接新工艺,该天平的滚转力矩单元不仅灵敏度高,抗干扰性能好,且纵向承载能力也很强,因此能够满足各种外形的小滚转力矩高精度测量要求。文章包括初样天平的天平描述、静校结果分析及在风洞试验中的性能等。     

速度矢量滚转的运动学及气动力分析

速度矢量滚转定义为飞机在保持定常迎角的情况下,围绕其瞬时速度矢量所产生的无侧滑、速度保持为常值的旋转运动。对于典型的战术飞机,最大俯仰力矩是飞机方位的函数,在水平轨迹中出现在倾斜90°的情况,此时飞机的滚转速率达到峰值,迎角超过45°。最大滚转力矩依赖于滚转模态时间常数。对于较小的滚转时间常数（快速响应）,最大滚转力矩出现在最大滚转加速度、零迎角,基本与飞机的方位无关;对于较大的滚转时间常数,最大滚转力矩出现在最大滚转速率、迎角最大、倾斜角180°的水平飞行中。最大的航向力矩出现在最大滚转加速度、迎角最大时,基本与飞机的方位无关。     

弯头机动弹头再入螺旋弹道分析

针对弯头双锥机动弹头,采用内伏流牛顿方法和Euler方程数值方法计算气动力,并与六自由度弹道方程组耦合计算,分析了再入过程中的螺旋弹道特性以及滚转角速度和弹头几何参数等对螺旋弹道的影响,最后分析了利用控制质心横向运动来控制弹头滚转的方法.     

Φ1m高超声速风洞小滚转力矩测量技术

为了满足再入飞行器的不断发展需求,准确测量再入过程中烧蚀作用所产生的小量级滚转力矩,本文在近年来小口径高超声速风洞中再入飞行器小滚转力矩测量技术研究工作基础上,创新改进以气浮轴承为核心建立的低阻尼自由滚转测量试验技术,利用传统试验数据处理方法结合飞行动力学仿真等多种设计和数据分析手段,最终实现大口径高超声速风洞高马赫数、大迎角条件下多个状态点的再入飞行器试验模型滚转气动力矩精细化测量。风洞试验结果表明,试验系统工作稳定可靠,试验数据完善、合理,能够为再入飞行器的相关设计工作提供重要依据。     

基于质量矩技术的机动弹头再入仿真研究

对基于质量矩技术的机动弹头再入性能进行了探讨。首先建立了弹头的空间运动数学模型;然后在此基础上根据再入段特性对运动方程作了适当简化并计算了弹头内部质量块分别处于静止、瞬时置位、线性平动这三种运动状态下的落点参数;最后分析比较了质量块运动的变化对机动范围的影响。仿真结果表明了质量矩技术作为弹头再入机动控制方式的可行性。     

覆冰导线气动力特性风洞试验研究

针对新月形和D形两种典型断面的特(超)高压大截面厚覆冰导线进行了气动力系数风洞测试,获取了0°～180°以5°攻角为间隔各攻角下的气动三分力系数,用均匀流和均匀湍流两种风场研究湍流对覆冰导线气动力特性的影响,根据Den Hartog理论分别计算了两种断面覆冰导线可能发生舞动的风攻角范围。结合以往试验结果,归纳了两类覆冰冰型气动力特征。试验结果表明:新月形覆冰导线可能发生Den Hartog舞动的攻角范围为15°～30°和175°～180°,D形覆冰导线则为65°～85°及135°～150°,湍流对导线舞动气动稳定性存在影响。与以往试验结果比较表明:本试验结果能够反映大覆冰新月形和D形覆冰导线气动力特征,小覆冰新月形导线气动力特性则与本试验存在较大差异。     

战斗机大迎角非定常气动力建模

针对目前大迎角非定常气动力模型大多基于单自由度风洞试验开展,且很难有效指导稳定性分析、控制律设计等工程实践的现状,基于偏航-滚转耦合运动风洞试验结果提出了一种大迎角非定常气动力β模型。该模型将非定常气动力分解为分别由旋转矢量的模和其引起的姿态变化β两部分贡献,具有清晰的物理意义和简洁的表达形式,同时还能准确反映横航向耦合效应对非定常气动力的影响。分别使用该模型和目前工程实践中常用的混合模型对不同运动形式中的横航向气动力进行计算,同时进行了尾旋仿真,与风洞试验结果对比验证了该模型对于飞机大迎角非定常气动特性的预测精度。通过将建模参数向体轴分解获得能与目前飞行动力学分析方法兼容的局部线性化形式,理论解释并仿真复现了F-16XL试飞中出现的侧向扰动现象,验证了该模型的工程适用性。     

基于扩张状态观测器的再入弹头控制系统设计

为了提高非自旋再入弹头的变质心控制系统的鲁棒性,采用滑模控制方法设计了变质心控制系统中的控制器。为了使控制系统设计简单,将弹头俯仰通道和偏航通道之间的耦合作用以及外界干扰综合为汇总不确定量,并采用扩张状态观测器进行估计和补偿。扩张状态观测器引入到滑模控制器中,从而发展了一种基于扩张状态观测器的滑模控制器。对弹头的变质心控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,所设计的控制器能够有效地补偿汇总不确定量的影响,使控制系统输出快速而准确地跟踪上指令信号。     

采用尾部隔板降低类客车体阻力的研究

针对类客车体（Ahmed Model）1：1.5模型,采用风洞试验和数值模拟相结合的研究方法,研究了在模型尾部安装多种构型的隔板对气动阻力特性的影响规律。通过分析各种构型隔板对尾流结构和尾部压力分布的影响,初步分析了尾部隔板的减阻机理。研究结果表明：①隔板须根据尾涡结构设计其参数和构型布置,才能达到较理想的减阻效果;②隔板以适当的参数及构型布置时,可以控制尾涡、提高尾部压力、减小压差阻力;③针对该文模型,当隔板宽度为60mm,距尾部后缘10mm,并以3横3纵构型布置时,模型阻力系数降低达15.58%。     

跨声速风洞调节片式二喉道中心体构型初步研究

新一代先进飞行器的发展,对风洞试验数据的稳定性和精细化水平提出了更高的要求。而二喉道,作为马赫数精确控制系统,可降低试验流场马赫数波动量,提高试验数据稳定性。二喉道从结构构型上可分为调节片式、活动堵块式和栅指式。本文针对调节片加中心体式二喉道,研究不同中心体构型对二喉道性能的影响。首先,利用数值模拟手段定性研究不同中心体构型的二喉道的气动性能;其次,通过风洞试验,设计加工了4种构型的二喉道进行验证试验。数值模拟和试验验证表明:加长板中心体在总压损失和流场控制方面综合性能最好,并在新建的大型连续式风洞中采用了加长板中心体方案。     

钝体涡激力参数的识别

涡激振是柔性结构易发生的气动弹性现象。本文通过风洞试验,研究了均匀流场中弹性支承的二维刚性模型的强激力,提出了一种识别涡激力模型中未知参数的方法。用本文的方法,进行了三种钝体模型的风洞试验。     

类车体尾迹区流动的实验研究

对后倾角35°类车体在模型风洞中进行实验,运用三维热线风速仪在选定测点上对空间三个速度分量进行采样。对采得的瞬时值进行平均值处理,并制成相应的云图和矢量图。由图谱说明：类车体尾迹区流动具有对称特性,以一对拖曳涡为其主要特征,并明确了拖曳涡的涡核位置。     

二维柔壁自适应壁风洞中三维模型近音速试验技术

根据跨音速面积律将翼-身组合体模型转变为等效旋成体模型 ;并将风洞的矩形截面转变为等面积圆截面 ;由此通过轴对称跨音速小扰动速势方程求解圆截面风洞洞壁调节量 ;进而得到矩形截面上、下洞壁调节量。以堵塞比为 2 .64%的模型在西北工业大学高速二维柔壁自适应壁风洞中进行了翼面测压试验,并以同一模型在德国宇航院 HKG风洞中 (堵塞比为0 .35 % )做了对比试验。在近音速情况下 ( Ma∞=0 .94,0 .994和 1 .0 0 8),α=0°,2°时两者结果符合良好     

大攻角运动时的机翼摇滚问题研究综述

为实现大角度范围、多自由度的机动动作模拟,研发一种低速风洞三自由度动态试验支撑机构,可模拟绕速度矢滚转机动动作以及失速偏离、尾旋等危险飞行状态。该机构通过两自由度转台和旋转曲杆的组合运动模拟飞机模型的三轴姿态变化。基于多体动力学理论,采用拉格朗日乘子法推导出该机构曲杆-飞机模型的动力学数学模型;模型中考虑了机构与试验模型的约束关系、机构摩擦力矩的影响。仿真结果表明：采用该支撑机构,飞机模型可在水平风洞中实现绕速度矢量滚转等典型机动动作;曲杆和试验模型的滚转运动基本同步;曲杆主要影响速率响应的动态过程,摩擦力矩对速率的动态过程和稳态值有一定影响。以上数学建模和仿真验证可为风洞试验提供理论依据。     

3/4 开口式汽车风洞驻室内流场速度脉动的研究

采用数值和实验相结合的方法,对3/4开口回流式风洞驻室内的速度脉动进行了研究。首先搭建了1∶15的模型风洞驻室的数值模型。对此模型风洞驻室内的流场采用非定常的雷诺时均方法进行了数值模拟。入口边界速度条件由不变的平均速度量和带有周期性扰动的速度变量线性组合构成,其中计算了扰动量具有不同频率和平均速度设为不同常量的工况。同时在此模型风洞内对驻室内流场进行了相应工况的实验测试,实验和计算结果吻合度很好,得到结论是非定常流态在风洞驻室内随流动的发展而发展,并且引起了频率为20Hz的扰动。     

基于风洞试验的飞机侧风环境停放稳定性研究

根据风洞试验结果对某型号民用飞机在大侧风(风速大于35m/ s)情况下停放时的稳定性进行了研究与分析,发现当飞机在正侧风(侧风水平方向与机身垂直)作用下有较大的上仰力矩产生,导致机头上翘或有上翘的趋势。通过“部件组拆法”发现飞机垂尾的干扰使得平尾产生了一个抬头力矩,致使飞机存在倾倒的可能。试验后,通过CFD 仿真模拟计算分析了在侧风情况下机身表面的压力分布,并进行了相关的解释,作为对风洞试验的分析和补充。     

旋成体表面沟槽减阻试验研究

在旋成体模型表面粘贴铝基沟槽蒙皮,研究沟槽表面对模型阻力的影响。给出基于来流单位雷诺数的沟槽尺寸无量纲公式,用于设计沟槽齿高和齿宽,依据试验风洞的单位雷诺数范围,选定3种尺寸的沟槽进行减阻试验。结果表明,在旋成体表面湍流流动区域顺流向布置沟槽,当沟槽齿高和齿宽的无量纲值h＋、s＋均小于25时,在小迎角下具有减阻作用,当s＋约为15时减阻效果最明显,可减小约3%～4%的阻力。     

翼型及钝体的气动导纳

自20世纪60年代Davenport提出钝体气动导纳概念之后,气动导纳一直是钝体空气动力学研究的焦点之一.本文通过大量风洞试验,研究了湍流场中NACA0012翼型和七种典型钝体截面的非定常气动力,试验中首次采用同步脉动压力测量技术,气动导纳的识别采用统计理论.试验得到如下两个主要结论:对于某一给定的几何断面,非定常气动力与湍流各脉动分量存在着不同的气动导纳:流线型体的气动导纳对攻角变化较敏感,而对钝体的影响不太明显.