星舰气动布局性能特点分析

星舰（Starship）是当前美国太空探索公司（SpaceX）推出的新一代可重复使用航天运输系统。本文基于公开资料,采用数值仿真方法,对星舰气动布局开展了建模、计算和分析,从升阻特性、配平特性、稳定性、上反控制与传统鸭翼对比等方面对星舰布局气动特性进行了论述,同时结合弹道计算情况,开展了热环境分析及防热材料、工艺分析,从总体设计的角度对星舰布局设计理念进行剖析。研究表明：星舰采用的前后翼控制方式与大攻角飞行相匹配,能够实现大攻角全速域可控,无尾布局横航向大攻角区间静稳定,上反控制与传统鸭舵相比大攻角飞行时具有高效、低热特点。综合来说,星舰气动布局任务需求明确,设计目标清晰、方案简洁合理。     

跨、超声速X形鸭翼-弹身组合体旋涡运动

应用蒸汽屏方法显示跨、超声速X形鸭翼-弹身组合体旋涡运动.实验马赫数0.90～4.01,攻角范5°～32°.截面图象表明随马赫数增大,涡迹尺度减小.在低马赫数小攻角下,截面流场中旋涡结构呈现对流和扩散效应,旋涡间相互诱导生成流面;在中等攻角下,弹身上方出现四个鸭翼涡,在横流平面上形成"蛙跃”趋势;在大攻角下,流场由弹身不对称涡主导,鸭翼涡被体涡缠绕、合并.在高马赫数下,截面流场上,翼涡紧缩成"点涡”状.体涡两侧产生横流激波.     

边条翼和近距鸭翼布局模型动态气动特性分析

针对边条翼与近距鸭翼这两类典型战斗机布局模型,在中国空气动力研究与发展中心FL-24风洞进行了大振幅俯仰动态试验与模型自由摇滚试验,并对比分析了边条翼与近距鸭翼布局模型高速大迎角的动态气动特性。结果表明:边条翼模型纵向动态特性明显优于近距鸭翼模型,尤其是俯仰力矩迟滞效应更强;近距鸭翼模型在攻角26°~45°区间出现了较大的滚转力矩,容易诱发摇滚运动;最后,通过自由摇滚试验验证了俯仰动态试验分析结论,即近距鸭翼模型在迎角大于30°后出现了极限环摇滚现象。     

前后掠翼鸭式布局中鸭翼涡的流动机理

基于前后掠鸭式布局的简化模型,通过求解雷诺平均N-S方程,模拟了前后掠鸭式布局的绕流结构,得到了不同布局下鸭翼的升力系数曲线.通过空间流线图,分析了单独鸭翼漩涡的发展特点,以及不同布局中鸭翼涡与机翼前缘涡的干扰机理.结果表明:在后掠翼鸭式布局中,鸭翼涡在大迎角时受到机翼前缘涡的有利干扰,增大了鸭翼的升力系数,提高了失速迎角;在前掠翼鸭式布局中,鸭翼的最大升力系数有所提高,失速迎角基本保持不变.     

飞机全动式鸭翼载荷飞行测量技术

根据现代鸭式飞机结构特点及载荷飞行实测要求,提出了在鸭翼大轴外缘选择一个剖面进行测载应变计改装的方法,并采用不同侧应变计以特定方式组成惠斯通电桥,以达到某种应变电桥只对与其对应的载荷敏感,而对其他载荷响应较小的目的,从应变响应上对鸭翼的弯矩、扭矩和剪力载荷进行机械解耦。在载荷校准试验中,左右鸭翼同时对称向上施加校准载荷,利用飞机重量和后机身托架即可平衡加载载荷引起的飞机移动和转动,不需要对飞机进行复杂的约束和固定。通过对校准试验数据的分析,采用多元线性回归方法,建立了鸭翼载荷模型,并对载荷模型进行了验证。选取典型试飞状态,对各种机动情况下鸭翼实测飞行载荷进行了分析研究,给出了鸭翼主要的严重受载状态。     

切肖三角翼展向吹气气动力特性

本文主要叙述展向吹气对切尖三角翼气动力特性的影响规律，包括对纵向，横测气动力特性的影响，边条鸭翼，不同机翼外形以及改变吹气喷管地展向吹气的气动力效益的影响。     

前掠翼气动布局中鸭翼高度影响的实验

基于前掠翼-鸭式前翼布局的风洞测力实验,分析了距离主机翼较远的鸭翼相对于主机翼的高度对布局纵向气动性能的影响.基于主机翼根弦长的雷诺数约为1.44×10⁵.实验结果表明,较大的主机翼前掠角与较低的鸭翼配合,产生的升力系数增量比较显著.低于主机翼的鸭翼将加强前掠翼布局的缓失速特性.鸭翼增大升力的同时也增大了阻力;大攻角时,鸭翼带来的阻力增量较大.高于主机翼的鸭翼对最大升阻比的改善较多,但也不宜过高.主机翼前掠角较小时,鸭翼改善和提高升阻比的效果比较明显.     

动态复杂流动显示

本文绘出不同后掠角的三角翼模型在低速风洞中大幅度俯仰运动时和带振动鸭翼飞机模型主翼面上的动态流动显示；分析了动态流动迟滞特性的流动机理及缩减频率的影响和鸭翼涡对主翼涡的干扰影响及随鸭翼振动时主翼涡位置、强度、涡破散点位置的变化。     

振动鸭翼复杂流场测量

研究鸭式布局飞机模型振动鸭翼对翼面涡流场的非定常干扰影响，进行了有无鸭翼、鸭翼不同偏角和不同振动频率，不同振动平均偏角及不同模型攻角下的主翼面涡流场静动态流动显示和翼面及立尾上压力分布测量。分析上述参数对主翼涡大小和强度、主翼涡位置和破散特性，压力分布特性的影响及其造成该现象的上下洗效应，涡系干扰和动态迟滞特性等复杂流动机理。