扇翼飞行器机翼设计与研究

扇翼飞行器是近年来发展起来的低速大载荷飞行器,本文介绍课题组在过去的两年里通过数学推理、数值计算和风洞试验三种手段对扇翼飞行器进行了研究。通过数学模型了解扇翼飞行器的原理,在原理的指导下进行数值计算。将计算结果指导应用于风洞试验,风洞试验验证理论计算,最终通过这些方法的应用得出一套性能优良的机翼布局方案,笔者也希望这些方法的应用能够给大家一些启发。     

预处理AUSMDV格式在微型扑翼绕流数值模拟中的应用

由于微型扑翼的低速低雷诺特性,对其粘性绕流的数值模拟存在较大困难。传统的中心空间离散格式不具有格式耗散而需要加入带有自由度的人工耗散,给计算带来不确定因素;此外,在低速低雷诺条件下,RANS方程组的条件数太大,导致计算收敛缓慢甚至不收敛,需要引入预处理方法加速收敛。本文使用具有低耗散特性的AUSMDV空间离散格式结合预处理方法对扑翼的非定常粘性绕流进行了数值模拟,非定常推进采用了含双时间迭代的LU-SGS隐式时间推进,湍流模型采用了BL模型。计算结果表明,加入预处理能够克服AUSMDV格式难以收敛的缺点,并且与中心格式相比,基于预处理的AUSMDV格式能够更准确地模拟扑翼的非定常粘性绕流,通过将本文计算结果与文献结果对比验证了本文方法的有效性。在此基础上研究了扑翼相关参数对气动特性的影响,对进一步了解扑翼气动力产生机理,指导扑翼的气动设计具有参考价值。     

二维增升装置前缘缝翼的远场噪声分析

以计算流体力学软件FLUENT工具,二维增升装置模型L1T2为基准,采用LES模型和Ffcows Williams-Hall积分方法,计算二维增升装置前缘缝翼的远场噪声。通过计算24组不同缝道参数的二维增升装置的缝翼噪声和最大升力系数,分析了气动性能与噪声强度之间的关系,并采用建立响应面的方法对缝道参数进行了优化,使原增升装置模型的噪声强度得到了降低。结果表明:当缝道参数大小适中时噪声总声压级较小,反之噪声总声压级显著增大;当缝道宽度减小而重叠量增加时,噪声总声压级持续减小。适当的缝道参数组合是能够使所设计的增升装置较好地兼顾气动性能和噪声强度要求的。     

仿鸟柔性扑翼气动特性与能耗的数值研究

建立了适当的三维仿鸟柔性扑翼模型,并以配平重力和平衡阻力为条件,数值计算了它的低雷诺数非定常流场.研究揭示了翼面初始扭转角度、动态俯仰幅度等重要设计参数与飞行性能的关系,表明扑翼平面的初始扭转程度、扑翼柔性材料的选择以及两者之间的合理搭配对扑翼机的成功飞行至关重要.研究分析了仿鸟扑翼的流场涡结构、升力推力产生原理,下扑过程附着上翼面的前缘涡是升力产生的重要机制.对扑翼气动功率的比较分析也发现,人造扑翼机需要的气动功率明显高出同等大小的鸟类,在效率方面尚不及扑翼飞行生物.     

螺旋桨推进式柔性翼飞机操稳特性研究与试飞

采用柔性翼面的小型飞行器在通用航空器和特种飞行器领域得到了较广泛的应用.由于此类飞行器往往采用蒙皮为可变形柔性织物的高置上单翼以及推进式螺旋桨,其特殊的升阻特性、总体布局和动力影响使得其飞行动力学具有很大特殊性.结合气动力估算、风洞实验和飞行实验结果,在此类飞机的纵、横航向操纵性与稳定性方面得出了有别于传统飞机的一些结论,并给出了有关物理解释;提供了适合此类飞机的飞行动力学建模方法和一系列有别于传统飞机的设计参数取值范围.     

后掠翼模型混合层流控制实验研究

利用前缘吸气和顺压梯度,在对称后掠机翼模型上,实现了混合层流控制。在连续式跨声速风洞中,研究了气流马赫数和雷诺数对转捩位置的影响,研究了前缘吸气流量及流量分配对层流控制效果的影响。实验过程中,利用壁面冷却方法,扩大了层流区和湍流区的壁面温度差,利用埋入式安装的热电偶测量了表面温度分布,确定了转捩位置和层流区范围。结果表明,前缘吸气具有良好的层流控制效果,可以使层流区范围显著扩大。前腔吸气流量对层流控制效果影响很大,后腔吸气流量影响较小。     

基于光流法和模糊控制的扑翼飞行器避障研究

扑翼飞行器是一种仿生机器人,其翅膀可以像鸟和昆虫的翅膀一样上下扑动.本文提出了一种基于视觉的扑翼飞行器避障方法.首先,使用稠密光流算法计算机载图像传输摄像机拍摄的第一视角视频帧的光流场.基于所获取光流信息作为输入量,设计模糊避障控制器来给出扑翼飞行器的导航指令.实验结果表明,本文所提出的避障方法能够准确识别障碍物,实现...     

中央大翼结构优化设计与分析

随着航空航天事业的发展,航空器的经济性和安全性都有了更高的要求,拓扑优化与结构的优化设计结构减重等的联系日趋紧密。简要论述了拓扑优化技术在航空领域的应用,在不同的工况下,对中央大翼进行静强度分析,论证了结构存在优化的空间。在此结构基础上,分别用 HyperMesh 和 Inspire 软件对中央大翼进行拓扑优化、尺寸优化和稳定性准则优化三级优化,根据优化后的结构并结合实际工程经验和优化需求进行细节建模,对优化后的模型进行强度、位移、屈曲、模态和疲劳分析,结果表明,优化后的中央大翼传力路径合理简单,结构质量较轻,结构合理可行。     

某型直升机水平安定面蒙皮改进技术研究

为了避免某型直升机水平安定面亚麻布蒙皮易破损、易老化等故障,对亚麻布蒙皮的水平安定面翼肋、蒙皮等进行了设计改进,增加了纵向构件防止蒙皮鼓动,将改进后的水平安定面安装在直升机上,经整机的重心计算验证其符合装机使用要求,改进后的水平安定面提高了直升机的稳定性和可靠性。     

大型客机缝翼滑轨系统气动噪声数值研究

采用非定常DDES方法研究了缝翼滑轨系统的时均流动特性和瞬态流动特性,并进一步采用FW-H方法对其远场气动噪声特性进行了评估分析。计算结果表明：1)相比无轨无舱构型,有轨无舱构型在滑轨根部上方出现了流场强脉动区。有轨有舱构型则进一步在滑轨舱内和主翼上翼面出现了更大的流场强脉动区;2)滑轨周围出现了类似方柱绕流的弦向涡对结构,并沿着机翼弦向不断扩张,而后受到滑轨舱空腔壁面的限制和挤压,最终破碎为大量的小涡并耗散消失;3)在展向对称面上,无轨无舱构型接近于典型的偶极子噪声;有轨无舱构型也接近于偶极子噪声,其主轴方向稍沿顺时针转动;有轨有舱构型则表现出非对称性;4)在270°方位角,滑轨和滑轨舱带来的总声压级增量分别为7 dB左右和2 dB左右。