基于欧拉方程的机翼设计方法及应用

以Takanashi提出的三维机翼设计理论为基础,研究与发展了一个基于欧拉方程和“正-反迭代、余量修正原理”的机翼设计方法。用改进的无限插值方法生成绕机翼的O-O贴体网格,采用三维欧拉方程作为流动分析计算的基本方程,该设计方法已用于某无人机机翼和一个超临界机翼设计,设计结果达到了预期的目标。     

飞机翼面结构布局综合设计方法研究

为了探讨飞机翼面结构主要纵横骨架的最佳布局问题,并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的飞机结构设计方法,本文采用分级优化与集成的策略,该策略分为3个层次。第一个层次为拓扑优化,并由此确定纵向骨架的个数与位置的最优布局;第二个层次为尺寸优化,它用来确定翼面的中间参数;第三个层次为稳定性准则优化,它确定横向骨架的个数与位置的最优布局。在分级优化的3个层次中,拓扑优化是独立的,尺寸优化与稳定性准则优化是相互耦合的。以国外某飞机机翼为例,结果表明本文提出分级优化的思路与所采用的集成方法是可行的,并且具有很好的数值效果。作者认为：它对从事飞机结构设计的人员有一定的指导性和参考价值,值得在飞机设计部门推广应用。最后,总结给出5点结论供参考。     

小展弦比飞翼标模FL-2风洞跨声速开孔壁干扰特性修正研究

为了满足现代风洞试验精细化要求,提高风洞试验数据精准度,开展跨声速开孔壁洞壁干扰修正方法研究。本文利用实测壁压信息构造开孔壁边界条件,通过求解N-S方程,模拟试验模型在风洞中的绕流场,建立基于壁压信息的跨声速洞壁干扰非线性修正方法。不同于线性修正方法,本方法可用于各种复杂外形飞行器的亚、跨声速开孔壁洞壁干扰修正,结合小展弦比飞翼标模风洞试验数据,对其在FL-2风洞试验数据开展洞壁干扰特性研究。洞壁干扰修正结果表明,洞壁干扰量随马赫数变化呈增长趋势,Ma=1.0左右达最大,经过修正的FL-2风洞的跨声速试验结果,与FL-26风洞近似无干扰试验结果吻合良好。     

小展弦比飞翼标模纵航向气动特性低速实验研究

对小展弦比飞翼气动布局外形,通过常规测力风洞实验方法得到其纵向气动特性和偏航控制特性,在分析其气动特性后,选取典型的状态采用PIV实验方法对其流动机理进行研究,研究表明小展弦比飞翼在较小的迎角下即出现前缘分离涡,随着迎角的增大,前缘分离涡强度增大,且逐渐往机体对称面方向移动,随着迎角进一步增大,分离涡变得不稳定,涡核开始摆动,最终破裂,破裂位置从后缘开始,逐渐前移。对小展弦比飞翼气动布局飞机的控制难点偏航控制进行研究,结果表明该飞翼布局模型在实验迎角范围内偏航方向是静稳定的,在小迎角下具有可操纵性,迎角大于6°后嵌入面处于破裂的前缘涡尾迹之中,操纵性降低。     

跨声速自由滚转试验技术研究

采用中等展弦比、薄翼型、边条、锯齿、折叠翼等设计的先进作战飞机在跨声速易出现机翼突然失速现象,从而引起非指令性横滚运动。为研究该问题,在FL-3风洞中研制了一套跨声速自由滚转试验装置,设计某验证性模型,选取马赫数范围0.8~0.95的典型飞行状态进行了静态测力和自由滚转验证性试验。试验结果预测了某模型不同构型的机翼突然失速敏感范围,并评估了非指令性横滚运动的严重程度,从而验证了试验机构的可靠性,建立了评估方法,实现了跨声速自由滚转试验技术。     

机翼弹性变形对气动特性影响的实验研究

在低速风洞中研究了弹性对40°切角三角翼气动特性的影响,用激光测振仪测量模型在气动载荷作用下的变形,实验结果表明:相对刚性机翼而言,弹性可以极大地改善低雷诺数下机翼的气动特性,使小迎角下的升力系数和升阻比明显提高,从而有利于飞行.另外,弹性机翼顶点最大平均变形出现的迎角为α=15°,这与刚性机翼前缘涡在机翼顶点破裂的迎角一致; 而在失速迎角α=20°附近,机翼顶点和翼梢变形的方差最大.     

尖部喷气驱动旋转机翼地面试验装置的研制

为研究新概念旋转机翼飞机飞行动力学特性,掌握其直升机模式飞行时的气动特性,研制了一种尖部喷气驱动旋转机翼地面试验装置.介绍了该试验装置的组成、各组成部分的设计及为保证试验装置运行安全性而采取的一些措施.该装置采用高压气源作为旋转机翼的驱动动力,解决了旋转机翼的旋转、挥舞及偏转过程中的通气密封问题,通过测控系统进行试验数据的采集,操纵旋转机翼的总矩及周期变矩.     

基于结构优化的大展弦比机翼质量估算

针对没有可供借鉴的质量评估经验公式来用于新式布局飞机研制的现状,为能够给出比较可信的结构质量估算,用于总体设计阶段飞机翼面结构质量指标分配,不仅对研制新机的概念设计与方案论证是十分重要的,也是必不可少的。本文开展了基于“变满应力”优化策略与有限元技术相结合的飞机翼面结构质量估算方法研究,并把这一求解过程搭建在具有自主知识产权的飞机多学科设计平台软件上。以具有大展弦比特征的“环球飞行者”外翼为例,进行结构质量估算表明:本文方法不仅可以获得用于总体设计阶段可信的质量结果,同时,其中的部件尺寸、应力和位移数据还能为结构与强度专业人员提供一定的参考意见。最后,得出4点结论。     

机翼滚摆非定常流场的PIV测量

对后掠角为80°的三角翼模型在迎角为α=35°时的自激滚摆(wing rock)非定常流场首次采用粒子图像测速仪PIV(Particle Image Velocimetry)进行瞬态全场速度场测量.对应的Re数为Re=1.01和2.11×105,自激频率为3.3Hz和3.9Hz,滚摆振幅为±20°,测量截面为X/L=0.525和0.775.每幅图像计有15128个速度矢,空间分辨率为0.5mm.图像采样频率10Hz.测量结果表明,不仅三角翼前缘涡在模型滚摆运动时相对翼面位置的迟滞特性、而且涡强的动态迟滞特     

利用激光片光技术进行双三角翼剖面流动显示研究

进行双三角翼翼面流动显示研究的目的是为了揭示前、后翼脱体涡的干扰机理和详细结构,进而达到控制表面涡分离的目的,并为计算流体力学建立数学模型提供依据.介绍了采用激光片光技术在风洞中进行双三角翼剖面流动显示研究的方法和主要结果.研究表明,在较大攻角下,由于后翼涡的强度远远超过前翼涡的强度,后翼涡对前翼涡的诱导作用比前翼涡对后翼涡的诱导作用强,最终两涡将合并在一起,成为单一的旋涡.试验给出了很好的涡结构瞬态流动显示图片,两对涡的干扰合并明显可见,这对分析双三角翼涡的合并和破碎机理以及建立计算模型均有重要意义.