生机勃勃的民用航空技术

用前翼减小静不稳定性，层流机翼将用来减小飞行阻力，以微机电技术设计的智能涡流发生器可自如地控制流场，传统的刚性机翼将通过主动弹性机翼技术变得“柔软”，从而飞行效率更高，将来的复合材料机翼可以被“缝制”出来，圆筒形的机身可以直接滚轧成型，融合体的“飞翼”将翻开民机设计史上新的一页，可在几小时内飞越半个地球的新一代超音速客机能否在２１世纪“美梦成真”？     

NASA进行超音速层流试验

NASA’sSupersonicMaturalLaminarFlowTests美国NASA的德莱顿飞行试验中心目前正在用一架F－15B飞行技术验证机进行一种超音速层流机翼设计的试验。初步的试验表明，这种机翼在飞机超音速飞行时，翼上自然层流的覆盖率能够达到80％以上。机翼试验段采用的是一种被动式层流控制系统，而不是那种通过采用饮气系统或吸气翼套来进行层流控制的主动式层流控制系统。试验机翼段的尺寸为0．gXI．2米，直接装在德莱顿研究中心的一架F一15B飞行验证机的机身中央挂架上。中心共进行了4次飞行试验，每次飞行扣一的分钟，其中每次超音速飞行的时…     

伸缩机翼变体飞机气动特性研究

伸缩机翼变体飞机通过机翼伸缩调整机翼展长,从而改变机翼面积和展弦比,改变飞机的气动布局和机翼的气动特性,满足多任务点的设计要求。简要介绍伸缩机翼变体飞机的发展历史,重点研究一种采用伸缩机翼设计的超音速飞机的气动特性变化。研究结果表明：亚音速时机翼展长伸长,展弦比增大,飞机诱导阻力降低,升阻比提高,可以明显提高飞机的航程;超音速时机翼展长缩短,展弦比减小,飞机的波阻降低,升阻比增大,提高了超音速飞行性能。伸缩机翼概念用于超音速飞机设计时能很好地兼顾亚音速巡航和超音速冲刺。     

HLFC后掠翼优化设计的若干问题

使用扩展自由变形参数化方法,基于径向基函数的动网格技术和改进的混合粒子群算法,考虑吸气的e^N转捩预测方法和雷诺平均Navier-Stokes求解器,搭建了针对混合层流流动控制（HLFC）后掠翼的优化设计平台,对HLFC后掠翼的气动外形设计、雷诺数影响、吸气分布设计等多个问题进行了研究,对比分析了在这些因素影响下HLFC后掠翼的阻力系数和层流区长度的差别,进而探索了相应的设计准则。研究表明,对于层流区较长和阻力系数较小的HLFC后掠翼来说,它们上表面的压力分布具有共同的特征：头部峰值较低,之后有一个小的逆压,接下来是一段较长的均匀稳定的顺压,这段顺压最后终结于一道激波。应用HLFC技术后,通过实现大面积的层流区,机翼的摩擦阻力和压差阻力均可显著地降低,降低的幅度远大于不考虑层流控制的设计结果。同时,HLFC机翼的设计应综合考虑摩擦阻力、压差阻力、激波强度和配平阻力（低头力矩）,层流区最长不一定意味着阻力最小。一般来说,雷诺数越高,越难维持层流,但应用混合层流控制技术后,即使在难以实现自然层流的高雷诺数下,HLFC机翼依然有较长的层流区。通过对吸气分布的设计进行研究,说明了非均匀吸气比均匀吸气要更有效率一些,能够节省吸气量。     

民用运输飞机减阻技术

减阻是民用运输飞机设计的主要目标之一。运输机巡航阻力主要是蒙皮摩擦阻力和诱导阻力，大约占总阻力的1／2和1／3。混合层流技术和新型机翼翼梢装置为减阻提供了巨大的潜力。非设计条件下飞机性能的提高也可通过后缘优化、激波层相互作用和边界层分离的控制来实现。文章对几种减阻技术带来的成果进行了讨论，并试图对几种减阻技术的效果进行评估。     

层流流动主/被动控制技术

摩擦阻力在民机总阻力中占很大比重,减少摩擦阻力对改善民机性能和实现绿色航空具有重要意义。层流摩擦阻力远小于湍流摩擦阻力,因此扩大层流区,甚至实现全层流流动,是减阻的一个重要途径。目前形成了自然层流流动、全层流流动和混合层流流动控制（HLFC）3种层流流动主动控制技术。本文基于减阻和流动不稳定分析,对3种控制技术的概念、方法、优缺点、可带来的效益和应用层流流动控制技术的飞机的设计方法及维护（包括预防昆虫和冰粒等污染的措施）等方面作了较为系统的阐述。概要地介绍了X21A、Jetstar、Boeing 757等飞机的HLFC飞行试验验证项目,结果表明了层流流动主动控制技术的有效性和困难性。本文也从原理到飞行试验较为系统地介绍了一种层流流动被动控制技术。     

基于遗传算法及转捩模型的层流翼型优化设计研究

讨论了层流翼型对飞机机翼减阻的重要意义,概述了遗传算法的优化原理及其特点。在基准翼型的基础上,以Hicks—Henne型函数的解析函数线性叠加法来描述翼型。采用遗传算法完成了层流翼型优化设计。计算中采用了转捩模型耦合SST两方程湍流模式,通过求解雷诺平均的N-S方程组模拟了翼型的转捩流动。对计算结果进行了分析,分析表明优化翼型在升力特性、阻力特性方面比基准翼型有很大的提升,达到了优化升阻比的目标。     

高机动性歼击机升阻特性研究

本文通过理论分析,工程估算和11000多次风洞试验,研究了后掠机翼、三角机翼和曲前缘机翼参数对歼击机升阻特性的影响,以及对改善高机动性歼击机升阻特性的各种气动力措施、增升装置、放宽静安定度等进行了系统研究。研究结果表明,中等展弦比、中等后掠角的切尖三角翼是一种较好的高机动性歼击机机翼。利用压缩飞机最大迎风面积和面积律修形降低跨、超音速零升阻力,利用机翼前缘扭转减小小迎角阻力,利用机动襟翼和机翼边条减小大迎角阻力,这样可使飞机在各种迎角情况下都具有最佳阻力。利用边条增大飞机升力。综合使用边条和机动襟翼降低抖振强度,提高抖振边界。从而全面满足了战术性能指标要求。     

高雷诺数下机翼表面层流段长度对减阻量的影响

层流减阻技术是提高飞机经济性的重要手段,开展可应用于工程实践的层流减阻研究具有重要的意义。针对某民用飞机翼身组合体构型,采用数值模拟法分别研究雷诺数为1.0×107和1.8×107时全湍流以及机翼弦向保持7%、15%、20%、30%、40%层流段长度范围的减阻特性。结果表明:与全湍流情况相比,层流段长度的增加可以有效减小飞机阻力,增加升阻比;当层流段长度保持在40%时,飞机的减阻量可以达到11.0%左右,而升阻比可增加12.3%左右,且在较小雷诺数下有着更大的减阻收益;层流范围增加可有效减小摩擦阻力系数。     

NASA继续进行超音速层流控制技术试验

超音速层流控制(SLFC)技术在NASA所从事的高速飞机研究计划中是一项关键技术。NASA对这项技术已进行了大量的研究和试验工作,并还在计划进行一项新的试验研究。 NASA的高速飞机研究计划旨在为工业界制造下一代高速民用运输机(HSCT)研究和发展一些切实可用的技术。超音速层流控制是其中的一项关键技术。倘若能掌握这项技术,就能解决高速飞机研究计划中的一些关键问题,从而使美国的一种300座超音速民用飞机方案能成为颇具市场活力的方案。 NASA早期进行的高速飞机研     

F-16XL为HSCT进行超音速层流试飞

目前一架F-16XL研究机已经被改装成一架超音速层流控制概念研究机。该机的左机翼被装上了一个带有很大的吸气表面翼套。这项试验将对美国高速民用运输机(HSCT),即下一代超音速民用飞机的研制具有重要的意义。装上新翼套的F-16XL已完成了首次飞行。为其制订的一系列试验计划将要验证仅仅使用目前的吸气技术是否能在超音速飞行下维持机翼表面的大部分区域为层流区,从理论上讲,通过对机翼前段翼型外形的正确设计,组     

超临界自然层流机翼设计及基于TSP技术的边界层转捩风洞试验

为了实现绿色航空节能减排的目标,层流设计技术成为飞行器设计者的研究热点。对于跨声速客机而言,超临界自然层流机翼设计技术将显著减小飞行阻力,提升气动性能,减少燃油消耗和污染物排放。首先,基于高精度边界层转捩预测技术耦合翼型优化设计系统,实现超临界自然层流翼型设计;经过合理的翼型配置,形成超临界自然层流机翼。转捩数值模拟分析结果表明,超临界自然层流机翼的层流流动特性良好。然后,以比例为1：10.4的试验模型在荷兰高速低湍流度风洞进行边界层转捩风洞试验,使用温度敏感材料涂层（TSP）技术拍照获得机翼表面在不同马赫数、雷诺数和迎角工况下的层流-湍流分布。最后,通过超临界自然层流机翼边界层转捩试验结果,探讨了该类型机翼的转捩特性随来流参数的变化规律,总结了超临界自然层流机翼设计的关键因素。此外,该模型也可用来验证边界层转捩预测技术在超临界、高雷诺数工况下的预测精度。     

亚超音速机翼最佳弯扭综合设计计算方法

本文介绍一种亚超音速机翼最佳弯扭综合设计的计算方法,它应用了有限基本解方法。分别在亚超音速各选取一个设计点(M数和C_L),进行机翼弯扭设计,其目的是减小与升力相关的阻力。在此基础上,顾及亚音速和超音速这两个设计点的气动力特性,还要兼顾到飞机其它性能和结构上实现的可能性,进行机翼的综合设计。本文分别给出了亚音速最佳弯扭设计,超音速最佳弯扭设计和综合设计的计算结果。经过分析表明,计算结果是合理的。     

超临界层流机翼边界层及气动特性分析

高空长航时无人机设计巡航状态的雷诺数较小,黏性边界层对气动特性的影响较大。详细分析了雷诺数对机翼边界层和气动力的影响,用数值方法对超临界层流机翼三维层流-转捩-湍流混合边界层特性进行了研究,分析比较了高空小雷诺数和中空大雷诺数情况下机翼三维边界层的特性,尤其是边界层转捩点位置、表面摩阻和气动特性的雷诺数效应。研究表明雷诺数对于高空无人机机翼边界层厚度、摩擦阻力和升阻比影响较大;对层流机翼的转捩点位置和升力系数影响较小;自然层流机翼技术可以应用于高空无人机设计。     

美国再次冲击超音速运输机

“协和”号７．１５空难似乎又重新唤起了美国对研制新一代超音速运输机的热情，但担任新一轮研制计划的单位不是 ＮＡＳＡ，而是美国国防部预研局（ ＤＡＲＰＡ），首先攻关的不是大型民用运输机，而是集中于超音速军用运输机，同时衍生出民用型。新计划鼓励采用创新性的技术，如超音速层流机翼、新翼型、流场控制、泡沫材料等     

EADS展示新的机翼层流技术

在范堡罗航空展上．EADS公司展示了一种使机翼表面气流流动以保持层流的简单设备，并表示该设备有望减少约0.3％的飞行阻力，从而可节省大量燃油。     

超音速旋转体与机翼当升力不为零时的波阻力

本文利用微扰动理论的波阻力积分公式, 推导了超音速旋转体与机翼当升力不为零时的波阻力公式, 应用这些公式得到细长旋转体与小展弦比机翼在一定的条件下的最小波阻力和对应的横截面积与升力顺气流方向的分布与外形,以及任意平面形状机翼的最小波阻力和对应的截面积与升力分布所满足的条件。最后, 建立了一个最佳超音速小展弦比机翼的极图公式, 并求解了最大升阻比问题。     

C型机翼几何参数影响规律和流动机理研究

基于F-4机翼,用CFD方法研究C型机翼几何参数的影响规律和流动机理.以诱导阻力最小为设计原则,获得了C型机翼翼梢几何参数影响的初步规律,揭示了C型机翼减小诱导阻力的流动机理,给出了垂直段和水平段对提高机翼气动性能的贡献.研究表明,C型机翼是一种气动效率高、可用于大型飞机研制的新型机翼.     

伸缩机翼变体飞机气动布局初步研究

针对侦察-打击一体化飞机的性能需求,提出了一种伸缩机翼变体飞机气动布局概念方案,采用气动力计算、风洞试验、缩比飞行模型研究等手段,对其机翼展开与收缩等不同状态的气动特性进行了分析,验证了机翼展开状态升阻比高、续航时间长和机翼收缩状态阻力小、加速冲刺性能好的设计思想。研究结果表明,伸缩机翼变体飞机能够适应侦察-打击一体化飞机的需要,具有广阔的应用前景。     

水翼型水上飞机偏转机翼布局数值研究

针对水上飞机水面起飞过程阻力峰值较大,提出一种可偏转机翼水翼型水上飞机,飞机水面滑行时偏转机翼割划水面产生水动升力将飞机抬离水面,空中飞行时偏转机翼根据飞行条件可偏转角度。采用空气动力和水动力耦合求解并结合动力学平衡方程方法分析了该布局水动特性并进行空中巡航气动特性分析,同时计算同尺寸双浮筒型水上飞机,比较两种构型水动与气动特性。数值计算结果表明,水面起飞过程中双浮筒型水上飞机总阻力峰值约为水翼型水上飞机偏转机翼布局的1.97倍;飞机空中飞行时,偏转机翼偏转角为0°时气动性能最优且所受阻力低于双浮筒型水上飞机,从而证明了水翼型水上飞机偏转机翼布局能够有效提高水上飞机的水动与气动性能。