超声速有翼飞行器的无粘分区数值模拟

本文采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ两步显式格式，用空间推进法求解Ｅｕｌｅｒ方程来对有翼飞行器的超声速绕流流场进行数值模拟，应用特征边条件处理场面边界及装配激波的计算，在翼缘及表面斜率不连续处，采用局部解析处理，提高了算法的可靠性，复杂外形的计算采用分区处理技术，网格由代数形式生成，在大攻角的计算中，通过对横流速度型的修正改善了背风面压力分布特性，解决了推进中断问题，同时模拟出背风面涡。     

导弹“×”翼状态翼面流动分析

本文从流态结果的研究出发提出对导弹“×”翼状态翼面流动的分析方法,指出有迎角和侧滑角情况下四片翼面各不相同的有效迎角和前缘有效后掠角对于翼面流动以及气动力的影响。本文的分析方法对于分析“×”翼在有迎角和侧滑角情况下的操纵面效能及其导弹的制导有一定的帮助,也可以为有关计算模型的建立提供一些物理依据。     

柔性翼气动力和变形特性的实验研究

微型飞行器在军、民用领域具有广阔的应用前景,柔性翼是提升微型飞行器的气动性能的有效方法。为了更好地对柔性翼进行控制,对柔性翼变形和振动特性及其对气动力的影响进行了同步测量。研究结果表明,相比于刚性翼,柔性翼使失速迎角推迟了6°,最大升力系数提升了47.4%,升阻比提高了17.8%。柔性翼的周期性振动除了迎角0°~2°呈现大振幅、小静变形特征外,振动的振幅随着迎角增加经历无明显波峰、三波峰到单波峰的转换。升力系数最大时对应的薄膜变形、振动振幅均达到最大。此外,变形最大的弦向位置随迎角的变化决定了俯仰力矩的特性。据此提出了施加弯度和特定频率的振动激励来提升气动性能的主动控制策略。      

细长三角翼摇滚运动数值研究

采用亚迭代耦合求解流体动力学方程和刚体动力学方程数值研究方法,建立流体与刚体运动耦合的无时间滞后的数值手段来分析研究飞行器非定常的耦合运动特征,预测失稳运动的发生与发展。研究表明:在流动结构失稳后机体运动逐步形成极限环振荡的周期性自维持运动,滚转力矩系数滞回曲线呈现典型的”双8”稳定形态,前缘涡的非对称飘起与再附是典型三角翼摇滚的驱动形式;三角翼构型的自由滚振幅随攻角变化呈现阶跃式的变化;自激振荡的幅度及频率与滚动惯量的大小存在对应的规律性关系。非定常自激振动的翼摇滚具有多控制参数、非稳定、非线性的运动特征。     

高滑翔伞伞绳叉联结构优化设计

为获得翼伞伞绳最优叉联结构设计方案,文章提出了 1种高滑翔翼伞伞绳叉联结构的优化设计方法。首先,通过计算流体力学方法进行翼伞气动分析,确定最优气动性能时对应的伞绳安装角及翼伞伞衣气动载荷;然后,通过几何分析和受力分析,建立伞绳结点处的力系平衡方程及伞绳长度几何控制方程;最后,在满足伞绳结构安全的前提下,以伞绳总长度最小为优化目标,采用基于外罚函数和 Davidon-Fletcher-Powell(DFP)算法原理的优化算法获得不同约束力条件对应的翼伞伞绳叉联点位置方案。优化结果表明:与优化前叉联方案相比,该方法伞绳长度可减小 9.0%,阻力系数降低 8.8%。此外,通过增加伞绳受力约束,可实现翼伞滑翔性能的进一步提高。     

倾转四旋翼机前后翼气动干扰特性仿真研究

基于雷诺平均Navier-Stokes方程,对倾转四旋翼机前后翼气动干扰特性进行了数值分析研究。采用反距离加权插值法实现不同气动构型下网格的自动更新,选取的水平无量纲距离(与翼型弦长的比值)分别为1.5、2.0和3.0,垂直无量纲距离分别为0、1.0和-1.0,系统分析了水平和垂直距离对串列翼整体和前翼、后翼及其平均气动力的影响规律。计算分析结果表明：前翼对后翼存在下洗效应,前翼先于后翼失速;水平位置主要影响串列翼大迎角下的升力系数,并且随着水平距离的减小,前后翼气动干扰逐渐增强;前翼在上后翼在下的串列翼布局具有更好的气动性能。与单翼相比较,虽然升力增大,阻力同样增大,但串列翼最大升阻比较小。     

多翼伞系统智能协同控制研究

为了在实际空投任务中实现大规模的物资、装备补给,采用多翼伞协同是未来翼伞空投的重点发展方向,然而基于多体协同的空投方式也提高了控制的复杂度。为实现大规模多翼伞空投系统协同控制,文章采用了多翼伞系统非线性降阶模型,提出了多翼伞系统协同控制算法,并对控制器进行了稳定性分析。通过仿真实验与实际翼伞试验,验证了该控制算法在各翼伞个体分散投放的情况下,各翼伞通过局部信息交互获得其邻居翼伞的位置,可在较短时间内实现具有一定的安全间距的编队协同飞行,避免了相互碰撞的风险,最终雀降着陆。文章研究的方法对多翼伞系统协同控制有较好的效果,可为多翼伞系统的进一步研究提供理论参考。     

柔性对涡街中细丝运动状态的影响

在涡街中,细丝的运动状态和其推进性能是密切相关的,研究柔性对涡街中细丝运动状态的影响,可以为柔性飞行器在编队飞行时的柔性设计提供参考。给出三种不同的细丝柔性分布模式,通过浸入边界法,探究在不同涡街中(卡门涡街和反卡门涡街)柔性对细丝运动状态的影响,并总结细丝运动状态随柔性的变化规律。结果表明:当细丝柔性发生改变时,细丝运动状态也会发生变化,由绕核运动转变为在涡街一侧运动,或者由后者转变为前者,并且细丝运动状态随柔性的变化规律受竖直方向上诱导速度和涡向下游传输速度的共同影响。     

基于 Abaqus 的太阳能飞机翼肋撑杆分布快速设计

太阳能飞机对于质量十分敏感,在结构设计上力求达到同等质量下承载能力最强,给出的方法可对多种外形的翼肋进行撑杆分布位置的初步优化设计分析,以达到减重增效的目的。以太阳能飞机翼肋外形为基础模型,给出了一种基于 Abaqus Toca模块的翼肋撑杆分布位置优化方法,这种方法以渐进结构优化方法为理论基础,将结构中无效或低效的单元在分析计算中逐渐去除,剩余结构将渐趋优化,显著提高翼肋单位质量承载能力。给出的优化算例中,用相同质量材料设计出的翼肋,在相同载荷工况下,最大腹板应力及撑杆应力分别为优化前的 90.4%及 68.6%,优化后的撑杆分布使翼肋整体承载能力都有提升,其中撑杆承载能力提升较大,且应力在各撑杆分布更为接近。     

火星进入舱配平翼机构展开冲击动力学分析

在着陆巡视器进入火星大气的过程中，配平翼机构会根据指令由收拢状态展开，并在到达指定位置后锁定，进而将进入舱配平攻角降至合理范围内，因此，其展开动力学性能对后续任务的成败至关重要。以配平翼机构功能的顺利实现为背景，研究复合材料构件的冲击动力学分析方法，建立了其有限元分析模型并基于隐式动力学算法对其展开过程进行了仿真。通过与地面试验结果对比，验证了展开动力学分析模型的正确性。在此基础上，对配平翼机构进入火星大气过程中的2种气动载荷工况下的展开过程进行了分析；基于Hashin理论对碳纤维蒙皮翼板的强度进行了校核，在2种气动载荷工况下各铺层的纤维拉伸、纤维压缩、基体拉伸及基体压缩4种失效模式所对应的失效因子均处于安全范围。可对类似机构的展开冲击问题研究提供参考。