环量控制技术研究

未来军/民运输机的高性能要求促使近年来环量控制技术正成为研究的新热点。本文简单介绍了环量控制研究的进展;深入讨论了包括二维环量控制翼型标模和CCA/OTW(Circulation Control Airfoil/Over the Wing)实验、半模型子系统实验和三维翼身融合体全机实验等可供CFD验证用的NASA实验研究。在2个尺寸相近的风洞中对同一二维标模的实验结果表明,源于切向吹气的最大升力系数C_Lmax在中等缝道出口高度时可达8~9。数据对比表明此实验结果可供计算流体力学(CFD)验证用。二维CCA/OTW实验表明,发动机位置前移可大幅增大失速迎角和C_Lmax;CCA后缘吹气噪声的低频部分强度与速度的8次方成正比,高频部分与速度的6次方成正比。半模型子系统的FACT-MAC跨声速实验不仅可研究高雷诺数效应,且可提供2种飞行状态的数据。初步结果表明,与无射流的低速数据相比,在α=25°时C_L增大约33%,跨声速时在非设计状态下射流可有效地使激波诱导的分离再附,在保持原有强度下激波位置可后推5%的弦长。三维全机CCW/OTW的实验数据尚在整理分析中,但初步结果已表明,应用前缘吹气可将失速迎角增大至25°,C_Lmax增大至6,正确安排OTW位置可增大升力线斜率等。     

双脉冲发动机EPDM软隔层黏超弹本构模型

三元乙丙橡胶（EPDM）用于软隔层式双脉冲固体火箭发动机软质脉冲隔离装置（PSD）时,主要在Ⅰ脉冲工作时起到绝热抗烧蚀作用,同时保证Ⅱ脉冲能够可靠工作。根据橡胶类材料连续介质力学理论,建立了描述EPDM软隔层在有限变形下的黏超弹本构模型。模型由超弹部分和非线性黏弹性部分构成：超弹部分在Mooney-Rivlin模型的基础上进行了改进,使之能够描述大应变时的硬化现象;非线性黏弹性部分采用广义黏弹性模型,采用无量纲形式的KWW方程替代了传统的Prony级数,使得用2个参数就能预测较大应变率范围内的力学响应。利用万能材料实验机对EPDM软隔层进行了多步松弛实验和单轴等速率拉伸实验,然后根据实验结果,采用分步拟合的方法求出模型参数,利用所建立的本构模型对其余的实验结果进行预测并与实验结果进行比较,对比结果表明所建立的模型能较好地预测EPDM软隔层伸长比在800%以内的单轴等速拉伸响应。最后利用文献中的实验数据验证了所建立的模型能够较好地预测多种工况下的力学响应。     

轮盘超椭圆异型螺栓孔均衡优化设计

基于降低航空发动机轮盘孔结构孔边应力和装配的双重考虑,提出了1种超椭圆曲线轮盘螺栓孔均衡优化设计方法。在降低孔边应力的基础上,引入了异型度概念以表示孔轮廓形状变化幅度,针对孔边应力降低和异型度减小2个互相制约的优化目标,构建了1个均衡优化模型;结合Paret o最优解理论,采用多目标进化算法对轮盘超椭圆异型孔进行寻优,得到了超椭圆异型螺栓孔轮廓的最优解。结果表明:设计得到的超椭圆螺栓孔结构可以在保证可靠传力的同时,使孔边应力降低19%。与其他异型孔方案相比,该模型设计参数少,模型简洁,均衡优化所获得的超椭圆异型孔的设计稳健性较好。     

基于超燃冲压发动机的HIFiRE项目飞行试验研究进展

飞行器在临近空间内的气动特性及发动机性能一直是各国高超声速项目研究的重点,为探索边界层转捩、激波边界层相互作用以及气动加热效应,美澳牵头于2006年联合启动了HIFiRE项目,采用探空火箭发射进行重点技术验证的模式开展了系列创新性研究。项目重点关注20~38km空域,4~8速域飞行马赫数,试验方案通过单项验证、系统集成的思路逐步深入,将一体化设计的乘波体从无动力滑翔推进到有动力巡航,最终完成带超燃冲压发动机高升阻比飞行器的总体性能测试。研究结果表明:①试验飞行器的边界层转捩高度在35~25km;②乘波体飞行器在飞行马赫数为7时最大升阻比为5.6;③超燃冲压发动机的飞行试验中,在86.2kPa的恒定动压下,飞行马赫数从5.5加速到8.5,试验中发动机实现了从亚燃到超燃的模态转换。      

1 种高精度大型阶梯轴圆柱轮廓测量模型

为了提高大型阶梯轴回转部件圆柱轮廓的测量精度,提出1种考虑偏心量、工件倾斜及传感器测头偏移的3偏置测量模型。分析了综合偏置误差对阶梯轴截面圆柱轮廓残余误差的影响及偏置误差在不同工件半径下对圆柱轮廓测量结果的影响,实现了阶梯轴圆柱轮廓精度的准确评定。为了验证3偏置圆柱轮廓测量模型的有效性,采用超精密航空发动机测量仪对大直径阶梯轴的圆柱轮廓进行了测量与评定。结果表明:与传统双偏置测量模型相比,3偏置圆柱轮廓测量模型所评定的大半径阶梯轴同轴度的准确性提高了9.39μm;阶梯轴半径越大,测量精度越高。     

基于极限应变法的超转分析验证与应用

为了提供快速提高轮盘超转破裂裕度方法,满足适航对超转相关要求,基于极限应变法开展了轮盘超转分析和试验验证。轮盘破裂转速分析与试验结果符合性较好,轮盘起始破裂位置、应力应变分布特征通过轮盘碎片断口及残余变形获得了验证。根据轮盘起始破裂位置,给出了适航超转要求中最不利尺寸公差的确定方法和通过局部结构强化提高轮盘破裂转速的方法。分析和试验结果的对比证明了极限应变法用于超转破裂分析的合理性,整个过程也为充分利用超转试验结果对分析进行验证提供了范例,提出的提高轮盘破裂裕度方法和最不利尺寸公差确定方法具有较强操作性,可为航空发动机轮盘超转设计和适航取证提供参考。     

局域共振型声学超材料及其噪声控制

为实现宽频噪声的控制,提出一种兼有Helmholtz共振和弹簧质量系统共振的声学超材料及其控制方法。将双局域共振系统等效为两个弹簧质量系统的串联,理论计算结果表明双局域共振声学超材料能够产生两个局域共振带隙,有限元仿真验证了所建立数学模型的正确性。在对比分析共振腔腔体体积和薄膜张力对系统传递损失影响的基础上,选择通过气压调整薄膜张力实现系统传递损失的控制。实验结果表明：当驱动气压从0增加至2 kPa时,系统传递损失第一个峰值基本保持不变,第二个峰值向高频偏移150 Hz。所设计的局域共振型声学超材料在带隙范围内对低频噪声具有良好的控制效果,为宽频噪声自适应控制提供了一种方法。     

用于航空电磁防护和智能隐身的光学透明柔性宽带吸波器的试验研究

本文设计了一种可用于航空器电磁防护和智能隐身的光学透明的宽带超材料柔性吸波器。该吸波器采用三明治结构,使用透明导电材料氧化铟锡(ITO)代替金属作为顶层表面谐振结构和底层铺地所用材料,透明柔性材料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为介质层,可以在2.0～5.2GHz内达到85%以上的吸收率。试验测试吸收谱结果与仿真结果相符合。同时,HFSS软件仿真结果显示该吸波器对极化角度不敏感,且入射角度低于30°时,吸收率变化很小,在实际应用中有很好的灵活性。该透明柔性宽带微波吸波器精确覆盖了常用的WiFi频段,可有效减小移动电子设备等常见干扰源对飞机造成的电磁干扰。     

飞机防冰表面材料研究进展

结冰不仅给人们的日常生活带来诸多不便,而且影响飞机的飞行安全,甚至引起重大的经济问题和人身威胁。虽然飞机的防/除冰研究已经进行了数十年,但仍然需要开发出对环境无害、经济且有效的防冰策略。防冰表面材料可通过延长结冰时间和降低冰的附着力减轻甚至消除冰的积聚,是目前飞机防/除冰领域学科发展的前沿方向,制备高性能防冰表面材料具有十分重要的意义。本文综述了当前防冰表面材料的研究现状,对超疏水材料以及润滑层材料等应用于防冰领域的优劣势进行分析,并分析与展望了防冰材料的发展方向。     

基于改进平方根无迹卡尔曼滤波方法的涡扇发动机气路状态监控

针对涡扇发动机气路状态监控存在模型未知或不准确导致滤波效果下降甚至发散的问题,研究了一种融入高斯过程回归（GPR）的改进平方根无迹卡尔曼滤波（UKF）方法.该方法利用GPR对训练数据进行学习,建立发动机气路部件状态监控的GPR模型,替代UKF方法中的非线性系统模型;采用超球体单形采样和平方根滤波方法来提高滤波的计算效率和数值稳定性.仿真结果表明:训练的GPR模型解决了UKF方法对发动机原系统模型和噪声协方差矩阵依赖性的问题;与扩展卡尔曼滤波（EKF）和平方根UKF方法相比较,改进平方根UKF方法精度更高,对健康参数的估计精度达到99.9%,实现了对涡扇发动机单个和多个气路部件健系参数的有效跟踪.