空天飞行器及动力技术发展研究

空天飞行器是航空航天领域重要的研究发展方向,主要有飞行器与发动机气动外形一体化设计、气动热防护、推进和制导控制四个系统性关键技术,本文仅对飞发一体化和推进技术进行研究与分析。首先从高超声速的定义入手,分析了空天飞行气动热和气动力的特点;然后比较了四种不同飞行器气动外形在性能、结构、制造、经济性和使用操纵方面的优劣,研究了不同类型空天组合动力技术的特点;最后从步骤、方法与措施等方面给出了空天飞行器及动力的发展建议。     

张线支撑系统的同步测控技术及其应用

介绍了北航D4风洞发展的一套具有同步测控技术的张线支撑系统,该系统较好地解决了运输机后体气动特性研究中模型支撑与其气动干扰之间的矛盾。从功能上该张线支撑系统分为控制子系统与测量子系统两部分。首先,该张线支撑机构通过两个步进电机进行驱动,所以需要控制子系统对两电机进行同步控制,从而实现对试验模型迎角的精确控制。其次,该张线支撑机构的测量子系统实现了与北航D4风洞测压、测力、PIV等数据采集系统的联动,通过与控制子系统进行网络通信,可以进行在迎角序列下的同步测量,从而可以大幅度提高试验效率。最后,利用该张线支撑系统,在北航D4风洞进行了运输机后体流动特性的风洞试验研究,结果表明该张线支撑系统满足试验要求。     

变速转子瞬时不平衡响应的精细算法

针对变速转子瞬时不平衡响应计算积分精度不足的问题,基于传递矩阵法建立了考虑反对称陀螺力矩的变速转子瞬时不平衡响应线性运动微分方程,推导了适用于线性非定常系统的精细积分法,并通过仿真计算与Newmark-β法比较了变速转子模型下的积分计算效率和动力响应参数的瞬时不平衡识别精度。结果表明两种算法均具有较高的积分精度和计算效率,但是随着转速的增加,Newmark-β法的误差逐渐增大,而精细算法得到的瞬时不平衡响应信息与理论值保持一致。平衡效果显示了精细积分法能准确识别初始不平衡量,提高平衡精度。此外,通过真实不平衡转子在噪声影响下的试验结果进行了验证,发现升速过程中仿真结果与实际响应结果基本吻合。     

带滑撬无人机的卡门涡街效应研究

在无人机上安装滑撬后,在特定飞行条件下,滑撬出现周期性侧力振荡,本文通过非定常CFD方法研究滑撬绕流的流动机理特征,验证了周期性侧力振荡是由于椭圆形截面滑撬引起的卡门涡街造成,从而为滑撬的设计提供了理论支持。     

跟踪微分器在车载晃动基座粗对准中的应用研究

阐述了TD跟踪微分器在信号跟踪和滤波的基本原理,针对载体处于大晃动的条件下难以实现粗对准这一问题,在已有惯性系对准方法的基础上提出了改进的惯性系对准方案,即采用TD跟踪微分器进行加速度计的线加速度的重构和滤波,以抑制线晃动干扰。通过对车载实测数据的计算机仿真与分析,并与经典的IIR滤波比较,结果证明,该抗线干扰技术具有抗干扰能力强、稳定性较好和精度高的特点。是一种抗强晃动干扰的有效粗对准方案。     

基于拓扑和尺寸优化的翼肋类结构设计研究

开展了以机翼翼肋为模型的布局与尺寸优化设计,在结构优化的过程中,采用两级优化的设计方法。第一级采用拓扑优化,应用变密度法,由此得到了翼肋大致构形及其挖孔位置;第二级采用尺寸优化,将复合形法与NASTRAN的方向法相结合,分别优化出翼肋上杆的截面积和肋板各部分的厚度,两者相互结合,最终完成了翼肋结构的布局优化设计。对普通肋板和优化之后的肋板在性能参数上做了对比研究。结果表明：经过结构优化,结构材料的质量减少约30%（自定义约束条件）,同时,结构自身的刚度,强度等性能参数有很大改进,验证了文中算法在减重方面是可行和有效的。     

航空发动机喷管隐身修形设计技术分析

介绍了国外航空发动机喷管隐身修形设计技术在轰炸机、战斗机及无人机上的应用,阐述了喷管隐身修形设计技术的基本原理及其在实现发动机红外隐身及雷达隐身方面的重要性。分析了喷管锯齿修形设计技术对飞机/发动机的气动特性、红外及雷达隐身的影响,着重分析了锯齿结构对高温气流核心区长度的影响,获得了飞机类型、作战目的、喷管类型等因素与喷管锯齿修形设计技术选取的关系,及2元喷管锯齿形结构与轴对称喷管锯齿形结构的设计原则。     

基于周期FRFT的多分量LFMCW雷达信号分离

 多分量线性调频连续波(LFMCW)信号的截获和特征提取是雷达情报侦察的难点,为了实现对多分量LFMCW信号的快速检测和有效分离,提出了一种基于周期分数阶Fourier变换(PFRFT)的多分量LFMCW雷达信号分离新方法。首先介绍了PFRFT,分析了PFRFT和FRFT之间的关系,讨论了LFMCW信号的PFRFT特征。然后给出了一种离散PFRFT的计算方法,结合周期分数阶Fourier域(PFRFD)的窄带滤波和CLEAN算法实现了多分量LFMCW信号的分离。仿真结果表明:①PFRFT的计算效率较周期Wigner-Hough变换(PWHT)具有明显优势;②LFMCW信号分量在特定PFRFD中具有能量峰值,分离后能较好保留时频特征;③当两个LFMCW信号分量的功率相差较大时,适合在PFRFD分离,反之适合在时域分离;④当信噪比(SNR)为0 dB时,两个具有相同功率的LFMCW信号分量分离后,与初始信号分量的相关系数都达到了0.9以上。     

M3条件下乙烯燃料超燃冲压发动机空气节流点火试验

在隔离段入口Ma=3(模拟飞行马赫数6.5)条件下,采用乙烯燃料的超燃冲压发动机点火十分困难。为解决该难题,采用了空气节流作为辅助点火措施。基于脉冲燃烧风洞直连式试验平台进行了空气节流点火试验,通过壁面压力测量,获得了节流点火的火焰发展历程。以点火时间为指标,对节流流量、乙烯当量比、节流时间等参数进行了定量分析,节流流量的调节范围为0%~45%,乙烯当量比调节范围为0.6~1.2,节流时间调节范围为190~350ms。分析了三个节流参数各自的作用机理,通过数据拟合,绘制了节流流量与点火时间、乙烯当量比与点火时间的关系曲线,揭示了节流时间与点火时间的关系。      

前缘后掠式栅格翼升阻特性研究

栅格翼阻力大的缺点一直是需要解决的问题,前期研究显示,栅格翼翼面后掠能有效减小超声速阶段的波阻。本文采用数值计算的方法,对栅格翼前缘不同后掠方式、后掠角度及前缘后掠贴体型栅格翼进行了分析研究,数值结果显示栅格翼前缘后掠能有效减小波阻,其中栅格格间交接点为尖点的后掠方式减阻效果更好;栅格翼前缘后掠角度对其升力特性的影响较大,主要体现于对栅格内部气流壅塞现象的改善方面;和背风面为平面的栅格翼相比较,前缘后掠贴体型栅格翼的升阻特性表现更优。