飞机和发动机干扰流场的计算研究

飞机装上发动机后,发动机和飞机之间就存在着相互干扰,无论是翼吊布局还是尾吊布局,其干扰流场都是非常复杂的.对于它的数值计算一直是CFD(计算流体力学)研究重点之一.上海飞机研究所在"七五"、"八五"民机气动预研期间和当前的"超临界机翼设计技术完善"、"民机后体优化设计技术研究"课题中,都投入了人力和物力进行这方面的软件引进开发并用于型号的方案设计.本文将对这方面的工作进行总结介绍.     

不同尾翼鸭式布局远程弹在跨／超声速的气动特性实验研究

为了研究鸭式布局远程弹尾翼对气动特性的影响,设计了无尾翼,“T”型尾8翼,栅格尾翼三种尾翼布局,通过风洞测力实验研究不同布局在不同马赫数及迎角状态下对远程弹气动特性尤其是滚转特性的影响。实验结果显示：安装“T”型尾翼的模型和安装栅格尾翼的模型相比,在跨声速阶段,其升力特性优于栅格尾翼,也更利于滚转控制,但在超声速区域,栅格尾翼模型具有明显的升力特性优势,同时也容易进行滚转控制,而减小阻力是栅格翼将来需要解决的问题。     

超高空动升力翼飞艇的气动研究

对在超高空环境下的动升力翼 "X"形尾翼布局飞艇和常规飞艇进行了数值模拟,比较了两种外形在相同任务载荷下体积、质量以及气动力的大小,并分析了动升力翼绕流对尾翼的影响.研究发现,动升力翼 "X"形尾翼布局可以显著地减小飞艇的体积和质量,增加抗风能力并避免了动升力翼绕流对尾翼的直接干扰以及大的干扰阻力的形成.     

翼吊布局民用飞机发动机安装设计

引言 传统的民用飞机发动机的安装一般采用两种布局形式：翼吊布局和尾吊布局。对比这两种发动机的安装形式,翼吊布局具有发动机短舱进气口不容易受机身或机翼尾流的干扰（发动机来流直接,不受飞机其他部件干扰,进气流场好）、发动机维护方便、更轻的机翼和机身结构,以及整个飞机的重量分布更合理等优点。     

翼吊和尾吊孰优孰劣?

有航空爱好者提问:请谈谈发动机翼吊和尾吊布局的比较?这个问题,在运10初步设计时我们曾经反复研究过,并且对两种布局都进行过风洞试验,也建造过一比一尺寸的木质样机进行过比     

微型扑翼飞行器扑翼/尾翼气动干扰的数值研究

以二维刚性约束条件下的微型扑翼飞行器模型为研究对象,在动网格技术基础上,应用非定常数值分析手段对比分析了单翼/纵列翼布局的气动性能,深入研究了纵列翼缩减频率、扑翼—尾翼无量纲水平间距、来流攻角对其气动性能的影响.结果表明:①纵列翼尾翼对扑翼产生正效应干扰,相对于单翼布局,扑翼—尾翼无量纲水平间距为0.5倍翼型弦长时的纵列翼布局的推力系数和推进效率分别增加28.7%和5.7%;②缩减频率是影响推力的关键参数,随着缩减频率的增加,脱落涡的强度增加,推力系数增大.对于单翼、纵列翼两种布局模式,当缩减频率在1.0附近时推进效率达到最优;③对于纵列翼布局,在扑翼—尾翼无量纲水平间距为1.1倍翼型弦长时推进效率达到峰值;④在0°~20°来流攻角变化范围内,随着来流攻角的增加,升力系数增加,推力系数减小,当来流攻角大于9°时,两种布局的推力均为负值.      

发动机进排气效应对民机构型气动特性影响

基于非结构混合网格技术,通过数值求解Navier-Stokes方程,分析了航空发动机进排气效应对民机构型气动特性的影响。通过设置合适的进排气边界条件来模拟发动机进排气效应的影响,采用单独发动机短舱风洞试验模型,验证了计算方法的可靠性。在此基础上,分析了发动机进排气效应对翼吊式和尾吊式两种典型民机构型气动特性的影响,结果表明:翼吊式民机构型发动机进排气效应对升力的干扰主要由发动机尾喷流的引射效应对机翼的干扰引起;尾吊式民机构型随着发动机进气流量的增大,机翼上表面压力逐渐减小,激波位置逐渐后移;不同发动机进气流量会对飞机的阻力特性产生较大影响,在飞机详细设计阶段需充分考虑机体与动力装置之间的干扰影响。      

超声速民机总体气动布局设计关键技术研究进展

超声速民机已成为世界民机未来发展的主要方向之一。超声速民机由于涉及声爆等一系列特殊的技术问题，比亚声速民机的性能要求更苛刻，对总体气动布局设计提出了更高要求。首先，根据设计思想和主要技术特点，将世界迄今为止的代表性超声速民机布局方案划分为三代：第1代布局主要旨在实现民用超声速飞行并兼顾高低速性能，基本为三角翼/双三角翼布局；第2代布局更加重视低声爆/低阻性能，主要采用大后掠箭形翼布局；第3代布局在低声爆/低阻要求基础上，更加注重多学科综合性能和技术可行性，主要采用“大后掠机翼+鸭翼/T尾/V尾布局和发动机短舱背负式/尾吊式”的布局。其次，梳理了新一代超声速民机总体气动布局设计目前面临的技术瓶颈和难点，对总体设计技术、低声爆设计技术、超声速减阻技术和飞-发一体化设计技术的国内外研究进展和现状进行了综述和分析。最后，展望了新一代超声速民机总体气动布局的发展趋势，针对仍需突破的关键科学与技术问题，探讨了重要研究方向。未来将优先发展超声速公务机或中小型超声速民机，其布局技术特点趋近于第3代布局，声爆、减阻、飞-发一体化、起降噪声、气动弹性、人机功效等方面的综合性能和工程可实现性将成为重点研究对...     

重心位置对不同布局飞机尾旋特性的影响

为了研究某大型民机重心位置轴向变化对其尾旋特性的影响,在尾旋风洞中进行了飞机模型的尾旋特性研究试验,试验结果表明在前重心条件下,模型旋转更加明显,尾旋情况更为严酷。同时展示了重心位置轴向变化对鸭式布局飞机和高平尾尾吊发动机布局飞机的影响,并进行了对比分析。此外,还研究了重心位置横向变化对常规布局大型民用飞机尾旋特性的影响。     

民用飞机气动布局发展演变及其技术影响因素

在民用飞机气动布局发展演变的历程中,技术因素是根本推动力。为了研究未来民机的发展方向、技术需求以及应对策略,在回顾民机气动布局发展历程的基础上,梳理了在现代民机气动布局形成与演变过程中有着重要影响的4大类技术因素:航空发动机、气动设计、结构设计、飞行控制,并且揭示了这些技术因素在民机发展及其气动布局演变中所发挥的作用。结合未来航空运输市场出现的新需求,分析了未来民机的主要发展方向,重点分析了未来非常规布局民机可能采用的翼身融合、双气泡机身、支撑翼以及联结翼等气动布局形式。最后探讨了新技术条件下民用飞机发展在技术方面的需求和挑战,以及未来民用飞机总体设计的技术策略,明确了多学科设计优化是满足未来民机总体设计需求的有效技术途径。     

民机机身耐撞性设计的波纹板布局

 耐撞性是民机机身结构设计的一项重要要求。为了研究以波纹板为吸能结构的机身结构能量吸收特性和冲击响应特性,针对常规的机身构型,提出了3种货舱地板下部波纹板布局形式,建立了相应的机身段有限元模型,对机身垂直撞击刚性地面的情况进行分析。获得了不同布局形式下的波纹板变形模式和能量吸收情况,以及机身段的破坏模式、能量吸收情况和座椅处的过载-时间历程。3种布局的对比分析表明,在机腹隔框下端和蒙皮之间布置波纹板,可以使机身下部结构的破坏模式稳定,显著降低座椅处的过载峰值,缩短高过载脉宽,有效提高机身结构的耐撞性。     

民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究

 结合民机结构使用特点,参考国内外已有研究成果,提出了适用于民机结构外露腐蚀关键部位的涂层加速环境谱。该谱由温湿暴露、紫外照射、低温疲劳和盐雾4个环境块构成。给出了各环境块参数的确定方法及加速谱与外场实际使用环境的当量加速关系。通过民机机翼下翼面典型模拟试件加速腐蚀若干周期的试验,验证了该加速谱和当量加速关系的合理性。该谱的提出为腐蚀条件下民机结构日历寿命评定提供了重要的依据。     

民用飞机校验机动仿真研究

校验机动是民用飞机纵向俯仰机动中的一种,它是机翼、平尾等部件的载荷严重情况之一。对于校验机动的分析国内国际上的主流是采用机动仿真法。美国的FAR和欧洲的CS适航条款对校验机动有着不同的要求,FAR指定了俯仰角加速的要求,没有指定俯仰操纵器件的输入;而CS则指定了俯仰操纵器件的输入,对俯仰角加速度没有要求。以往国内校验机动一直以FAR条款为设计基础,对于CS条款的研究和分析不多,以欧洲CS条款为基础,对校验机动的仿真分析进行了研究。     

大型客机气动设计综述

中国大型客机研制过程中追求"三减，四性"：减阻、减重、减排，安全性、经济性、舒适性、环保性。中国大型客机采用翼下常规布局形式，放宽静稳定技术，发动机选用CFM公司Leapx-1C发动机，这对气动设计技术在工程适用性上提出了极高的要求。大型客机是中国第1架完全自主知识产权民用飞机，本文综述了其设计过程中采用的先进气动优化设计方法、CFD分析和充分的风洞试验验证，说明了超临界机翼设计、高效增升装置设计、飞机/发动机一体化设计、尾翼设计、翼梢小翼设计和部件精细化减阻设计技术，能实现大型客机的减阻应用设计。研究表明，中国大型客机在气动设计水平和设计方法上取得了一系列的进展和突破，实现了设计具有较强竞争力的先进民用飞机的目标。     

太阳能飞机翼肋结构拓扑优化设计

太阳能飞机翼肋结构轻薄且数量众多,其结构形式的合理性对于结构减重、机翼刚度设计等具有重要意义。基于现有太阳能飞机翼肋的结构形式,提出一种翼肋拓扑优化设计方法:首先,应用双向渐进结构优化法(BESO),以单元应力为判断指标,对太阳能飞机典型翼肋进行结构拓扑优化;其次,基于拓扑优化结果对翼肋进行结构细节设计;最后,通过有限元计算,验证翼肋的结构强度、刚度和静稳定性。通过本文方法,能够得到太阳能飞机翼肋更为合理的结构布局。     

民用飞机外翼与中央翼上壁板连接形式的研究

在现代民用飞机的设计研发中,外翼与中央翼连接处的设计和装配是重中之重。通过对5种外翼与中央翼上壁板连接形式进行研究,建立CATIA模型,通过有限元计算,得出相同载荷形式下的应力应变情况。并从受力、工艺和重量等方面进行分析、比较,初步给出几种外翼与中央翼连接形式的优劣。旨在为类似机型外翼与中央翼上壁板连接形式的确定提供有效思路和技术支持。     

V型尾翼布局弹性体飞机操纵性分析

使用静气动弹性分析方法,对双尾撑V型尾翼布局飞机纵向静气动弹性特性随飞行动压、迎角、尾撑纵向弯曲刚度的变化趋势进行了分析,以期为类似布局飞机的设计提供参考。尾撑结构刚度对飞机的俯仰、偏航的操纵效率都有较大影响,需要结合飞行动压范围和质量要求合理选择尾撑结构的材料和尺寸,在设计时,严格控制尾撑的刚度指标。     

民用飞机机翼根部连接与柔性补偿设计

民用飞机机翼根部连接区是机翼和机身载荷交换平衡的关键部位,结构强度和耐久性、结构传载效率、装配协调要求、细节处理等设计要求很高。给出了民用飞机机翼根部连接设计的难点分析、传载特性分析、根肋布置方法及其特点分析、不同根部对接方案设计对比分析;提出了一种减缓结构装配应力的柔性补偿设计方法,并通过试验结果验证了相关柔性补偿设计方法的可行性;讨论了考虑复合材料承载特性的复材机翼结构根部对接考虑要点和设计建议。     

靶机挂载可变 RCS龙勃透镜时的 RCS起伏特性

训练用靶机尺寸远小于实战中的飞机,其 RCS数值大小和起伏特性与飞机存在较大的差别。为了以低廉的价格为部队训练提供高逼真度的模拟靶机,在靶机机头、翼下等位置放置一定样式的可变 RCS龙勃透镜,可以得到类似实战中飞机的 RCS特性。通过控制龙勃透镜的反射面位置可以改变其 RCS数值,实现模拟靶机 RCS的数值变化。采用靶机挂载可变 RCS龙勃透镜对 MQ-1无人机前向 RCS起伏特性进行了模拟,取得了较好的效果,可为采用靶机挂载可变 RCS龙勃透镜模拟作战飞机的全向 RCS特性提供借鉴。     

民用飞机外翼、中央翼下壁板对接结构分析及试验研究

对接结构设计是飞机机翼结构设计的重要环节,其设计的优劣关系到飞机的使用寿命和安全性能。在分析国外先进民用客机外翼与中央翼对接结构型式的基础上,设计了两种机翼下壁板与对接肋的连接型式,并对其连接强度和失效模式进行了研究。利用商业有限元软件ANSYS研究拉伸载荷下对接结构的承载能力,根据计算结果针对对接型式进行试验研究,研究其破坏模式及钉载分配。最后,比较分析了两种不同结构型式的破坏模式和载荷分配,为关键连接区的结构细节设计提供方法支持。