融合式翼梢小翼

融合式翼梢小翼由复合材料和钛金属制成,是一种翼尖气动装置,通过降低诱导阻力和翼尖涡流阻力来提高飞机的性能。机翼和翼梢小翼之间的圆滑弯曲过渡方式,被称为“融合式”过渡技术,已获得专利。 　　融合式翼梢小翼的应用,使飞机的气动效率得到改进、油耗降低、发动机维修成本降低、起降性能提高,并使其在高温、高原机场起降时更加安全,在有地形障碍限制的机场飞行时更加便利,在普通机场可以提高有效载荷和航程。 　　波音公司预测,已交付的 780架 737— 700/800中约有 60％将逐渐进行融合式翼梢小翼的改装。如果航程更远,融合式…     

基于FFD技术的民用运输机翼尖装置设计研究

首先探究了融合式翼梢小翼倾斜角、高度以及安装角对民用运输机气动特性的影响。然后基于多区域自由变形(FFD,free form deformation)技术、拉丁超立方取样方法(LHS,latin hypercube sampling)、Kriging代理模型以及改进的粒子群算法构建优化设计系统,对融合式翼梢小翼应用优化系统,通过对FFD控制体框架的合理布置,实现了多个控制框架对融合式翼梢小翼的自由变形参数化设计。优化设计结果表明,设计后的融合式翼梢小翼较原始构型减阻效果有明显改善。并通过与"翼尖延伸"、"涡扩散器"和"双叉弯刀"等3种翼尖装置进行调参对比分析,得出一些对翼尖装置设计具有参考价值的结论。     

静气动弹性影响下带小翼汽车尾翼的设计与优化

翼尖小翼能利用机翼翼尖产生的三维绕流为机翼提供额外的升力和前进的推力,其独特的作用机理同样适合用在汽车尾翼上。由于汽车的尾部流场与航空器有较大差别,使传统的航空器翼型很难满足汽车用翼尖小翼的设计需求,同时翼尖小翼的附加会使尾翼翼面因额外的弹性变形而产生新的气动载荷分布,这就需要对车用翼尖小翼进行设计和优化。首先,利用准均匀B样条曲线来拟合翼型,再对拟合的翼型进行小翼的三维参数化建模,最后,使用双向流固耦合的分析方法来考虑静气动弹性对附加了小翼的汽车尾翼的实际影响,并在三维流场中通过数值仿真的手段对小翼翼型及其形状参数进行优化设计。最优样本进行了风洞试验验证和比较,结果说明仿真具有较高的模拟精度,同时风洞试验与数值仿真的结果表明:翼尖小翼通过优化设计能为安装有普通尾翼的汽车带来额外下压力的同时减小其气动阻力;相较于刚性翼,考虑静气动弹性的新型尾翼,其最优解集有使汽车模型的升力系数增加而阻力系数减小的趋势。     

航天与航空

音速巡航者 波音民用飞机公司准备推出一种速度接近音速的高速新客机,暂称“音速巡航者”。 这种新飞机将采用前翼、细长机身、带大翼套的后置双三角机翼、后置双发加两个小垂尾的气动布局,并将集更快、更远、更高、更舒适、更安全、更环保六大特点于一身。其速度将达到 0 95～ 0 98马赫数,飞行高度在 13700米以上,航程将达 16700千米。“音速巡航者”的动力将是直接采用波音 777现在使用的发动机的派生型,涵道比略有降低,尺寸也更紧凑,以减少阻力。为了降低噪声,风扇气流和核心排气流在出口之前就被混合,采用长长的进气道来…     

双向飞翼超声速客机激波阻力和声爆研究

基于超声速双向飞翼构型,采用CFD方法进行阻力计算,采用F-BOOM程序进行声爆计算,研究翼型、平面形状和EFCE激波阻力优化算法对双向飞翼激波阻力和声爆的影响。计算结果表明,平底构型可以明显降低双向飞翼超声速客机的超声速巡航的声爆,却很大程度上增加了巡航阻力,而对称构型却恰好相反;细长的平面几何形状对降低双向飞翼激波阻力和声爆都有作用,尤其对降低对称构型的声爆效果明显;EFCE激波阻力优化算法对降低双向飞翼激波阻力有明显作用,但同时会带来声爆方面的不利影响。因此,超声速客机的减阻设计和低声爆设计需要进行权衡研究。     

考虑机身干扰的机翼气动外形综合优化

由于受机身绕流的影响,后掠机翼翼根的流动非常复杂,翼根气动设计是后掠机翼气动设计的难点.本章发展了基于Kriging代理模型的双层粒子群优化算法,结合雷诺平均N-S方程流场求解器进行了考虑机身干扰的机翼气动外形综合优化研究,在保证机翼相对厚度和容积不减的前提下降低了气动阻力、低头力矩和翼根弯矩.而考虑非设计巡航状态的多...     

考虑声爆特性的超声速客机气动优化设计

提高巡航气动效率和降低声爆强度是超声速客机设计的关键。首先建立了基于RANS方程的近场CFD预测和基于波形参数法的远场预测相结合的高精度声爆评估方法,然后采用有限差分法求解声爆目标对设计变量的梯度,与由离散伴随方程法求解的气动目标函数的梯度进行组装,作为权重目标值的梯度,并耦合自由型面变形参数化技术、基于逆距离权重插值算法的网格变形技术和序列二次规划算法,搭建了考虑声爆特性的气动优化系统。对超声速公务机翼身组合体构型先后进行了考虑声爆的机头偏转气动优化设计和机翼精细化气动减阻优化设计,优化目标分别为声爆值和阻力系数的权重之和、超声速巡航点阻力系数。结果表明,优化后机头下偏削弱了头部向下传播的激波强度,从而减小了远场声爆最大过压值;机翼精细化设计后阻力减幅达9.5%,载荷内移,外翼段压差阻力减小,同时压力分布形态表现出逆压梯度减弱、压力恢复更加平缓的特征。气动声爆综合特性明显优于初始构型,验证了优化系统的有效性。     

通用飞机翼身整流罩优化设计

在飞机飞行的流场中,飞机的各部件存在着相互干扰。机翼、机身交接处的干扰,造成相应的阻力增加,为减少阻力,对原始模型及机翼上移后用CATIA进行整流、修型优化设计后的模型气动特性进行了对比。随着CFD技术的日益成熟,飞机气动外形设计更趋于精细化,对翼身整流罩而言,其外形的设计对飞机气动特性影响很大,因此对翼根整流罩进行具体的分析研究很有现实意义。     

低马赫数通用飞机翼型压力分布设计特点研究

对低马赫数通用飞机气动设计中可能存在的问题进行了研究和总结，讨论分析了部分相关翼型的压力分布形态的设计特点，并通过多工况层流翼型设计实例验证了部分翼型设计理念。对低马赫数通用飞机气动设计存在零升阻力较大、失速性能要求较高、雷诺数变化范围较大等问题进行了讨论分析。为了解决这些问题，对若干低马赫数通用飞机的湍流翼型和层流翼型的压力分布形态进行了研究，提取部分对翼型气动性能有利的设计特点。以GAW-1翼型为基准，提取某型单发涡桨式轻型多用途通用飞机的典型设计工况，进行了考虑巡航、爬升和失速的多工况层流翼型优化设计。设计结果巡航升阻比提升了9.6,爬升升阻比提升了16.3,但失速最大升力系数减小了0.115。研究结果表明：考虑巡航、爬升和失速的多工况层流翼型设计需求较为矛盾，设计人员应基于低马赫数通用飞机构型特点仔细权衡和取舍。     

基于FCE方法的超声速机翼厚度分布优化

远场组元(Far-field Composite Element,FCE)激波阻力优化方法是基于类别形状函数变换(Class Shape Transformation,CST)参数化方法发展出的一种超声速飞行器气动外形优化方法。文章使用CST参数化方法对超声速客机的大后掠机翼进行外形参数化,并以机翼容积和局部相对厚度为约束条件,使用FCE方法对其厚度分布进行以激波阻力最小为设计目标的快速优化。与原机翼相比,FCE优化方法使机翼激波阻力系数降低达61%,是超声速飞行器概念设计阶段降低激波阻力十分有用的优化方法。     

装配仿真技术在飞机翼身对接中的应用

以飞机机翼和机身对接为例,介绍了翼身对接装配工艺流程、装配过程仿真和工艺布局优化,分析了人机工程对装配优化的作用,并针对装配仿真技术应用的不足,提出了建议和设想.     

仿生非光滑用于旋成体减阻的试验研究

基于仿生非光滑表面具有减粘降阻特性的基本思想,通过仿生非光滑表面控制旋成体附壁区的边界层结构来减小旋成体的阻力。利用6因素3水平的正交试验,考察了对旋成体阻力影响较大的6个因素。对具有不同尺寸的凸包、凹坑以及棱纹等形态的非光滑旋成体及光滑旋成体进行了低、亚、超音速风洞试验,并将减阻率作为试验指标。对减阻率的分析表明,三种非光滑表面均能起到减小旋成体阻力的作用,总阻力最大减阻效果为5%左右。用极差法进行正交试验设计分析,得到了影响旋成体阻力因素的主次顺序及最优水平,并探讨了不同仿生表面对旋成体粘性前部阻力(包括表面摩擦阻力及激波阻力等)及底部阻力的不同影响。     

前掠翼气动特性研究

为适应飞机新布局发展的需要,进行了前掠翼空气动力特性的低速实验研究。研究内容包括:单独机翼和翼身组合体的纵横向气动特性、流谱及旋涡特性。研究结果表明:前掠翼具有良好的升阻特性,力矩特性及失速特性,可以提供较大的可用升力和良好的大迎角大侧滑角机动性。以上优点在翼身组合体上更为明显。实验发现前掠翼后缘出现后缘涡,观察了前掠翼特有的前后缘涡系的发生和发展,分析了产生前后缘涡系的原因及前后缘涡系对气动特性的影响。     

大型客机发动机振动载荷传递特性研究

高涵道比涡扇发动机的振动冲击频段向低频转移,使得飞机舱内噪声频率分布中的低频结构传递噪声变得更加突出。为了研究发动机振动载荷通过机翼向机身传递的中低频振动特性,文章针对真实客机的结构动力特性,创新地提出了机翼双梁动力学模型概念,建立了"吊架-机翼-机身"全机动力学有限元模型;基于发动机的振动载荷谱,分析了发动机振动通过机翼向机身结构传递的载荷特性,为后续舱内噪声预计提供了数据输入;并仿真辨识了发动机振动传递的主路径,为舱内声学设计及发动机隔振安装提供了基础数据。文中研究结果对我国大型客机的减振降噪设计工作有重要的工程参考价值。     

三角翼无人机受损升阻特性的数值模拟

使用CFD软件求解定常可压缩流动的质量加权平均N-S方程和S-A模型,数值模拟了无损无人机和受损无人机的绕流流场,揭示了马赫数和雷诺数对无人机升阻特性的影响规律,分析了不同位置、不同尺寸损伤孔对无人机升阻特性的影响规律。计算结果表明,机身受损对全机的升阻特性影响较小;机翼受损导致气流分离,严重影响全机的升阻性能,造成全机升力减小,阻力增大;尾舵位置受损对全机升力影响较大,对全机阻力影响较小。     

壁面扰动的相位对流动阻力的影响

在波形壁渠道流动问题中,相对于直渠道而言,壁面摩阻的减小可以与流场中扰动分量u 和v 的大小及其相位关系联系起来。本文在二维直渠道层流问题中,通过壁面上不同相位的扰动,进一步阐明这种联系。计算表明,在层流情形下适当的壁面扰动可以有效地控制扰动场,并得到减小阻力和净能量的效果。     

某轻型飞机机身外形气动优化研究

对某轻型飞机机身进行局部修形,并应用CFD软件进行仿真计算,对比分析两种外形的纵向气动特性,发现修形改善了机翼周围流场,降低了机身底部阻力,全机的纵向气动特性有小幅提高.     

新型机翼后缘变弯运动机构仿真及其气动影响研究

采用计算流体力学方法和CATIA DMU Kinematics机构仿真,对一套可用于目前及未来民用客机机翼后缘变弯的增升装置系统进行研究,主要包括襟翼运动机构和扰流板下偏。通过运动学分析,采用的襟翼机构可保证巡航阶段后缘变弯过程中机构上下表面无缝,同时满足起降过程对襟翼的运动轨迹的要求。相比简单铰链机构,应用该机构的起飞构型线性段升力系数增加0.05,升阻比的增加量在0.2%~3%范围内;着陆阶段扰流板下偏,较未偏转扰流板的最大升力系数增加1.14%,且线性段上移0.15,显示了该机构具有较高的增升效率。在二维翼型上应用该机构实现后缘变弯度,升阻比有较大提升,且根据来流马赫数的不同改变后缘弯度可以有效地提高阻力发散马赫数。在某远程宽体客机翼身组合体构型上应用该机构实现巡航阶段后缘变弯度,巡航升阻比的增加量在0.345%~2.28%范围内。综上所述,在不增加机构复杂性和重量的前提下,研究的新型机翼后缘变弯运动机构能够有效地提高气动效率。     

大迎角下机翼与机身的亚音速气动载荷的非线性计算

本文计算机翼和机身在大迎角下计入气流沿某已知线分离时的亚音速非线性气动载荷。假设分离旋涡是对称的,且没有发生破裂。用附着涡格模拟机翼中面和机身表面,用自由涡线模拟分离面。涡系满足翼面和机身表面边界条件、分离条件和自由涡线与当地速度相切的条件。旋涡诱导的速度用毕奥一萨瓦尔公式计算,对亚音速小扰动流并采用戈泰特变换。以松弛法求解旋涡强度和自由涡位置,然后计算机翼和机身上的气动载荷。结果和实验一致得很好。     

升力风扇垂直起降飞机过渡态总体参数分析

升力风扇垂直起降飞机属于一种特殊的固定翼飞行器,兼有直升机式的悬停状态、固定翼状态,以及特殊的过渡状态。在这三种状态下,两套升力部件(直接升力部件和气动升力部件)只共用一套动力源,使得动力源工作状态差异很大,导致各总体参数之间的匹配关系与常规固定翼飞机甚为不同。为此,基于螺旋桨动量理论推导了升力风扇垂直起降飞机全机升阻、功率特性的估算模型;并针对整个过渡过程,分析了各总体参数对过渡态功率、阻力特性的影响,进而得到各总体参数的合理匹配方法以满足减小"富余功率"和节省过渡阶段的燃油消耗量的设计要求,提高巡航经济性。所研究的成果能为升力风扇垂直起降飞机概念设计提供有效地指导原则。