再入体实验模型热化学非平衡绕流流场的数值分析

利用数值求解一个和多个振动温度热化学非平衡Navier-Stokes方程的CFD计算程序,对爆轰风洞球锥试验模型的热化学非平衡绕流流场进行了数值模拟,分析了分子组分振动温度在全流场(头身部流场和底部流场)中的分布规律.研究结果表明:(1)计算的压力、电子数密度以及流场的光辐射数据与试验数据符合较好;(2)在再入体身部,大多数分子的振动温度峰值大大高于平动温度的峰值;在再入体近尾出现振动温度冻结并大大高于平动温度的现象;CO2的两个振动态的振动温度分布非常接近平动温度分布.     

高超声速滑翔飞行器锐边化气动隐身一体化设计

隐身性能是影响高超声速武器作战效能的关键指标之一,为提高高超声速滑翔飞行器的生存及突防能力,以HTV-2飞行器为初始外形,引入锐边化设计思想,提出一种兼具良好隐身性能的气动外形。首先采用CFD数值模拟和高频近似算法,对初始外形气动特性及隐身特性进行评估。接着通过截取重要截面轮廓线,在轮廓线上均匀选取控制点。最终将离散点重构成三维外形,设计了一种锐边化飞行器外形。在此基础上计算评估了锐边化外形的升阻特性及雷达散射截面（RCS）。与原外形对比可知锐边化外形气动性能变化较小,气动力系数变化量不超过7%;同时在主要威胁区域（即俯仰角±30°、偏航角±60°角域）内飞行器的RCS均值显著降低,平均降幅超20%。此外为消除边缘绕射的影响,通过倒圆角的方式对锐边化外形的棱边进行了圆润化处理,实现了主要威胁区域内RCS均值的进一步减缩,平均降幅超过60%。此外进一步研究了在不同位置倒圆角及圆角半径对飞行器隐身特性的影响。结果表明在尾部截面倒圆角能较大程度改善飞行器的隐身特性,圆角半径与飞行器特征长度之比为1.35%时较佳。     

基于伴随方程和自动微分的雷达散射截面表面灵敏度计算

反隐身技术的发展对军用飞行器的隐身性能提出更高要求,针对经典电磁场伴随方法无法获得表面灵敏度,难以为优化设计提供直观指导,且梯度求解时需反复填充阻抗矩阵,当设计变量、入射角度较多时梯度求解效率下降的问题,提出了基于伴随方程和自动微分的雷达散射截面表面灵敏度计算方法,并结合基函数特点提出了表面灵敏度的稀疏存储和稀疏矩阵-矢量相乘方法,避免了直接计算表面灵敏度时计算量、存储量无法承受的问题。提出的表面灵敏度计算方法可以通过一次阻抗矩阵偏导数求解得到所有网格点的表面灵敏度,避免反复填充阻抗矩阵的问题。当入射角度改变时,求解任意数量设计变量梯度的计算量约为8次矩阵-向量乘,显著提升基于伴随方程的梯度计算效率,为作战飞机气动隐身一体化优化设计提供有力技术支撑。     

基于人机闭环稳定性的舵机速率限制边界

舵机速率限制是造成电传操纵飞机人机耦合的主要原因。利用描述函数法对舵机速率限制非线性进行建模,分析舵机速率限制非线性、人机耦合发生频率及人机闭环稳定性间的关系,并基于此提出舵机速率边界的确定方法;以典型放宽静稳定性飞机为例,基于最优McRuer驾驶员模型,确定人机闭环稳定性所需的最小舵机偏转速率;基于开环起始点(OLOP)准则对所确定的速率限制边界进行验证。结果表明:本文提出的舵机速率边界的确定方法最小成本地避免了人机耦合;所确定的舵机速率限制边界与OLOP准则边界对应的舵机速率基本吻合,即所建立的舵机速率限制边界确定方法合理。     

规则回转体自动铺丝轨迹规划与丝束增减

为满足自动铺丝轨迹的满铺覆性要求,针对现阶段自动铺丝轨迹规划存在的不足,提出了不同的丝束增减算法。首先讨论纤维铺放方向的确定和中心轨迹数量的计算,设计不同铺放方向轨迹的生成算法。然后以丝束重叠系数为重要参数,对于纤维局部堆积和空缺问题提出单侧纤维裁剪算法和双侧纤维裁剪算法,并对裁剪后的重叠区域和间隙区域进行面积求解,使得纤维丝束均匀覆于芯模表面。最后基于CATIA CAA二次开发平台,将上述算法集成到纤维铺放CAD系统中,通过运动仿真系统验证算法的正确性。利用提出的丝束增减算法,实现了间隙/重叠区的均匀分布,尽量降低了富树脂区等相关缺陷的聚集对性能的不良影响。     

全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率研究

研究绳系结构和绳索预紧力对全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率的影响。首先,基于绳索并联机构理论,对双索悬挂系统进行静力学建模,引入加权矩阵,推导了双索悬挂系统静刚度模型;其次,建立双索悬挂系统无阻尼振荡方程,分析双索悬挂系统刚体模态频率变化规律;进而,搭建了双索悬挂系统地面样机,开展系统模态频率测试试验,研究系统刚体模态频率的影响因素及其变化规律;最后,参考试验结果修正所建数学模型。结果表明,随着绳索预紧力的增加,系统刚体模态频率呈上升趋势,但各阶刚体模态的固有频率上升速率不同,平动模态的固有频率受绳索预紧力影响比转动模态小得多;在转动模态方面,滚转模态的固有频率最大且上升快;在平动模态方面,升沉模态的固有频率大于横侧滑模态的固有频率;双索经过的机身前后滑轮与飞机模型质心之间的相对位置变化会不同程度地影响支撑系统俯仰模态、偏航模态的固有频率,但几乎不影响其滚转模态的固有频率。研究发现,通过控制悬挂绳索预紧力的大小,合理设计机身上的滑轮安装位置,能够有效降低双索悬挂系统刚体模态频率。研究结果对于优化设计全模颤振双索悬挂系统具有指导意义。     

浅谈逆问题研究及在航空工程中的应用

介绍了逆问题的一般概念、研究现状、求解方法及应用情况,提出了值得进一步探索的几个问题。