翼身融合飞机非圆柱形机身结构的分析、设计和优化

文章介绍了寻找方案性翼身融合体飞机非圆柱形机身高效结构的研究工作。论证了使用简化的二维梁柱分析和优化方法对这种飞机中保持客舱压力的问题。然后分析和优化了一组详细的厚夹层板加肋壳结构方案的有限元模型。一般来说这些结构具有高的抗弯曲刚度，而没有曲度，在某种程度上同时承受内部压力及合成压缩载荷是很有效的结构。为了获得额外的结构效率，构造了一系列多舱室机身结构，通过内部加强壳结构和舱间墙结构中的薄膜应力，有效平衡了客舱的内部压力载荷。设计了一种外部加肋壳式结构承受由于外部压力载荷造成的压弯作用。对于有代表性的机身段进行有限元分析的初步结果来看，使用这种应力分离理论是成功的。这一方案还有一些另外的好处，它使客舱压力造成的气动表面的变形最小。主机身上下部分的管道空间可以直接用来通风。这种结构既可以作为防止压力泄漏事件的结构余度又可以提高防撞性能。应当进一步发展这些方案以利用固有的结构效率。     

复材机身曲板声学分析及隔音棉优化设计

为研究飞机复材机身曲板的声学特性,用VA One建立的统计能量复材曲板模型计算了在三种不同工况下复材曲板的隔声量,并将仿真结果同试验数据进行比较,以此验证其有效性;随后用该统计能量模型分析了铺设不同厚度、密度的隔音棉对复材曲板隔声量的影响,并以模型中接收室的声压级为对象,将隔音棉厚度、密度两个参数进行优化分析,得到了二者在飞机工程应用中的最佳组合方式;最后研究了铺设不同面积隔音棉对复材曲板隔声性能的影响。结果表明：铺设的隔音棉厚度对复材曲板隔声量影响较大,而在目前可选的航空声学材料范围内,铺设的隔音棉密度对复材曲板隔声量影响较小,且二者在飞机工程应用中的最佳组合为厚度5 in,密度9.6 kg/m3;复材机身曲板上的隔音棉铺设面积建议在80%以上,以在飞机工程应用中达到较好的隔声效果。     

涵道风扇布局参数对其气动特性的影响研究

基于Navier-Stokes方程开展了不同气动布局参数下的涵道风扇非定常气动特性数值模拟研究。首先,结合滑移网格方法建立了适用于涵道风扇流场求解的数值模拟方法,并基于NASA涵道风扇试验模型开展了气动性能计算验证。随后,基于所建立的CFD方法开展了涵道风扇气动布局参数对其气动特性的影响研究,揭示了悬停状态下桨尖间隙和桨盘/涵道轴向相对位置对涵道风扇流场与气动性能的影响规律。结果表明：较大的桨尖间隙对桨尖涡的抑制作用减弱,导致涵道风扇的气动性能大幅降低,同时,桨尖涡强度的增加极大地改变了桨叶尖部的压强分布;当桨盘由基准位置向涵道出口方向移动时,涵道内的诱导速度分布发生改变,涵道唇口处气流速度降低,唇口的负压峰值下降,导致涵道拉力减小,当桨盘位置由基准位置向涵道入口移动时,桨尖涡的卷起对唇口处流动的影响加剧,导致涵道拉力明显降低。     

爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应

为了满足“最小风险炸弹位置(LRBL)”的设计要求,有必要针对爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应开展研究。参考典型客机机身结构建立了铝合金机身壁板有限元模型,分析了增压、爆炸冲击位置与药量对机身壁板变形模式与失效行为的影响。研究结果表明,当机身壁板蒙皮未发生失效时,增压对整体变形模式的影响较小。当机身壁板蒙皮发生失效时,增压对整体失效行为的影响剧烈;爆炸冲击不同位置时,冲击长桁及隔框位置造成的开口损伤较小,但是结构产生了更长的裂纹损伤;随着药量的增加,冲击波更快传递到结构,冲击位置获得了更大的变形速度。     

螺桨飞机缩比模型表面声压预测的验证试验

介绍了在室外进行的螺浆飞机缩比模型的噪声测量试验,目的是验证改进的螺浆飞机声场模型,它可预测任意形状机身边界的表面声压分布。介绍了试验,噪声测量以及预测方法,预测和试验结果的比较表明得到了较满意的符合。      

机身大迎角气动力的控制实验

本文研究了圆锥机身模型在迎角０°～９０°范围内的气动力特性。采用边条控制技术,可获得所需要的控制力与控制力矩。通过边条的对称或单侧布局和匹配边条不同的大小与安装位置,可以找到非对称力的最优控制方案。对对称布局,可以使对称现象得到控制,虽然侧力还微小产生,但侧力起始迎角却明显增大,且变化峰值可降低到原来的２５％;对单边条控制,可以获得理想平稳的控制力与控制力矩。     

机身边界层控制研究

对带壁面抽吸的三维可压缩机身边界层控制进行了计算研究。采用了非正交曲线坐标系边界层方程,通过修改矢量流函数关系式,将壁面法向速度转变成为控制方程的一个可调参数,从而消除了边界条件与方程未知参量之间的非线性耦合;所发展的横向分段推进数值技术,可用于计算横流速度在横向多次反号的复杂边界层流动;设计不同的壁面抽吸系数分布,以研究边界层控制对多种边界层特性的影响。结果表明:壁面抽吸对边界层的控制效果是显著的,合理的抽吸分布能有效地减小机身阻力。