舰载机全机落震试验机翼升力模拟方法研究

舰载机全机落震试验机翼升力模拟是在实验室测试飞机着陆载荷时,给飞机动态施加飞机着陆时刻机翼升力,模拟飞机着陆真实受载,机翼升力施加是否合理是全机落震试验成功与否的关键技术。给出了全机落震试验机翼升力模拟准则,提出了一种适用于全机落震试验的模拟机翼升力加载方法。根据该方法介绍了机翼升力加载装置设计原理,并对设计的机翼升力模拟装置进行了力学性能测试。将此方法和装置应用于某型飞机全机落震试验中,分别从施加模拟机翼升力大小、飞机姿态影响、下沉速度影响和着陆能量吸收四个方面对全机落震试验机翼升力模拟方法进行验证和评估。试验结果表明,该方法符合全机落震试验升力模拟准则,可用于舰载机全机落震试验。     

一种基于充气气囊的垂尾抖振抑制新方法研究

通过数值模拟探索了一种运用充气气囊抑制双垂尾抖振的新方法。该文方法利用充气气囊可迅速充气变形的特点,在三角翼上翼面靠近顶点沿涡核的位置设置气囊。在小迎角下气囊不凸起,从而保证机翼前缘涡的强度以产生非线性涡升力;当大迎角抖振现象较严重时,迅速对气囊充气形成凸起,该凸起通过对前缘分离涡的强度和涡空间位置的影响,减弱涡破裂对双垂尾的非定常气动载荷激励,达到抑制抖振的目的。对某三角翼双垂尾布局模型的计算结果表明:气囊可以使前缘涡的涡核弯曲、扭转,减弱了前缘涡的强度,使前缘涡破裂点位置提前,在大迎角范围可将垂尾绕翼根的弯矩值显著减小,并且减小了垂尾表面压力脉动的幅度和对应的功率谱密度的峰值。因此,该文所探索的利用充气气囊抑制抖振的方法是一种简单可靠,并且值得进一步研究的技术途径。     

弹性机翼跨音速静气动弹性问题研究

在非结构网格基础上,采用有限体积法求解了Euler方程;在结构网格基础上,采用有限差分方法求解了N-S方程。同时采用结构影响系数法计及机翼结构系统的弹性影响,计算了弹性机翼的结构变形和气动力载荷。计算结果表明:后掠机翼结构系统的弹性使弹性机翼产生了正的挠度和负的剖面扭转角;负的扭转角使弹性机翼的有效迎角减小;有效迎角的减小又使得弹性机翼的有效气动力载荷减小。针对算例机翼结构系统的弹性使弹性机翼的升力相对刚性机翼的升力减小27.9%。     

民用飞机翼面结冰颤振特性研究

翼面结冰是运输类飞机适航标准气动弹性稳定性要求条款（CCAR25.629）规定的必须考虑的失效、故障与不利条件之一,必须通过风洞试验和理论分析相结合的方法来表明飞机对该适航条款的符合性。针对某型民用飞机,进行了模拟翼面不同结冰状态的颤振模型风洞试验,采用希利普法外推得到颤振速度;同时对不同结冰状态进行了理论分析。试验与分析结果表明,该型飞机翼面结冰状态下颤振形式为机翼弯扭耦合;翼面结冰对该型飞机颤振速度无不利影响;该型飞机翼面结冰状态满足颤振包线要求。     

Tests and Numerical Simulation of Aerodynamic Characteristics of Airfoils for General Aviation Applications

本文采用不同的方法验证了相对厚度对机翼气动特性的影响。首先进行机翼风洞试验;然后用数值仿真的方法进行计算,进一步验证了数值方法能够有效的用来评价机翼的气动特性;还将试验结果用经验公式校核,证实了其有效性。这些方法得到的结果一致证实产生升力的因素不是单纯的相对厚度,而是迎角、翼型相对弯度以及中弧线。在迎角为零时,由于零升力主要由机翼中弧线决定,相对厚度对升力几乎没有影响。在此研究基础上,可以改变外界环境条件（如含尘大气或湿空气环境）,用数值仿真来评定不同环境中机翼的气动特性。     

基于非定常气动力降阶的AGARD445.6硬机翼不同迎角颤振研究

以AGARD445.6硬机翼为研究对象,发展了基于计算流体力学与模态叠加的并行流固耦合方法,计算该机翼在不同初始迎角、不同来流速度的气动弹性时域响应,结果表明:初始迎角小于7°时,该机翼颤振速度随着初始迎角增加而降低;初始迎角7°~10°,颤振速度随着迎角增大而增加。在10°迎角条件建立了基于径向基神经网络的非定常气动降阶模型,准确预测不同速度、减缩频率的非定常气动力,并使用时域龙格库塔法和频域VG法预测10°迎角的颤振特性;建立考虑初始迎角输入的非定常气动降阶模型,预测机翼不同初始迎角的颤振特性。基于降阶模型的初始迎角对颤振边界影响的机理分析表明:小迎角时,随着迎角的增加广义力系数幅值比增加,导致颤振速度的下降;迎角大于7°后展向涡改变了机翼表面压强分布,导致一扭广义力系数幅值比降低,从而增加该机翼颤振速度。     

多段翼型地面效应数值研究

本文通过数值求解质量加权平均N—S方程,得到了单段翼型和多段翼型以不同飞行迎角在高空中自由飞行和近地面飞行时的流场,阐明了地面效应对单段翼型和多段翼型气动力特性的影响,并解释了其气动力变化的原因。在地效范围内,多段翼型下翼面压力变化很小,上翼面吸力减少,因而升力降低。     

切向吹气对跨声速抖振边界及载荷的控制作用

针对限制客机及运输机飞行包线的跨声速抖振问题,该文采用数值模拟方法研究了基于Venturi管的切向狭缝吹气对其边界及载荷的控制作用。结果表明:在上翼面激波位置附近进行切向狭缝吹气控制,能增大跨声速抖振的始发迎角,且在迎角大于抖振始发迎角条件下显著增大升力;不同抖振迎角条件下,不同吹气位置、不同吹气总压比的切向狭缝吹气结果表明,在上翼面激波上游位置吹气,能有效抑制激波振荡,从而显著降低激波抖振强度并同时弱化分离泡之间的相互作用,进而形成了高频低能量激励;吹气总压比变化对该位置吹气的控制效果基本无影响;在激波中间位置及激波下游位置吹气,虽然也对抖振荷载有一定减缓作用但效果不显著。     

基于微秒脉冲激励的飞翼模型等离子体流动控制试验研究

为了改善飞翼布局的大迎角气动特性,采用飞翼全模和半模分别在低速和跨声速风洞中开展了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制的试验研究。通过流动显示和测力的试验方法研究了等离子体流动控制的主要作用机制和激励频率与激励电压等对飞翼模型失速特性的影响规律,验证了微秒脉冲介质阻挡放电等离子体流动控制技术从低速到亚声速的有效性,有效的试验最高马赫数Ma达到0.6、雷诺数Re达到3.05×10⁶。试验研究表明：微秒脉冲介质阻挡放电等离子体通过非定常微尺度压缩波扰动的形式作用于翼面流场,通过频率耦合机制减弱模型的前缘分离涡、抑制翼面的流动分离;无量纲频率F⁺是影响等离子体流动控制效果的重要参数;在低速风洞试验风速V=30 m/s时,无量纲频率F⁺=0.35～1.06的控制效果较好,可将模型的最大升力系数提高25%以上、失速迎角推迟4°;在跨声速风洞试验马赫数Ma=0.6时,无量纲频率F⁺=0.22和F⁺=0.44的控制效果较好,可将模型的最大升力系数分别提高4.72%、4.77%,失速迎角分别推...     

等离子抑制翼尖涡实验研究

该文对利用DBD等离子体注入能量抑制翼尖涡进行了风洞试验研究。通过采用PIV粒子成像测速技术测量了三种不同结构的等离子体激励器影响下的后掠翼下游的尾涡流场,并结合矩形机翼在等离子作用前后的气动力变化,来判断等离子体抑制翼尖涡的效果。试验结果表明:在机翼翼梢的上下表面处布置等离子体激励器,通过等离子体产生的定向诱导气流形成诱导涡对流场注入能量,可以有效地延缓翼梢上翼面流动分离,抑制翼尖涡,增加升力,提高升阻比。在翼尖处流动分离较小时,等离子体抑制翼尖涡强度的效果明显;在大攻角下仍具有一定的作用;其效果与等离子体发生器的结构有关。因此,通过优化等离子体激励器结构,选择合适的等离子体激励器在翼梢表面的安放位置,可以更好地提高抑制翼尖涡的效果。     

Power reduction and the radial limit of stall delay in revolving wings of different aspect ratio

Airplanes and helicopters use high aspect ratio wings to reduce the power required to fly, but must operate at low angle of attack to prevent flow separation and stall. Animals capable of slow sustained flight, such as hummingbirds, have low aspect ratio wings and flap their wings at high angle of attack without stalling. Instead, they generate an attached vortex along the leading edge of the wing that elevates lift. Previous studies have demonstrated that this vortex and high lift can be reproduced by revolving the animal wing at the same angle of attack. How do flapping and revolving animal wings delay stall and reduce power? It has been hypothesized that stall delay derives from having a short radial distance between the shoulder joint and wing tip, measured in chord lengths. This non-dimensional measure of wing length represents the relative magnitude of inertial forces versus rotational accelerations operating in the boundary layer of revolving and flapping wings. Here we show for a suite of aspect ratios, which represent both animal and aircraft wings, that the attachment of the leading edge vortex on a revolving wing is determined by wing aspect ratio, defined with respect to the centre of revolution. At high angle of attack, the vortex remains attached when the local radius is shorter than four chord lengths and separates outboard on higher aspect ratio wings. This radial stall limit explains why revolving high aspect ratio wings (of helicopters) require less power compared with low aspect ratio wings (of hummingbirds) at low angle of attack and vice versa at high angle of attack.     

扑翼飞行器气动力测量技术研究进展与展望

扑翼飞行器是一种仿照鸟类飞行的新概念小型无人飞行器,区别于传统固定翼和旋翼飞行器,它主要通过机翼扑动与空气相互作用来提供飞行动力,从而实现飞行器的姿态变动。扑翼飞行器气动特性测试的实质是揭示在非定常流场环境下,扑翼飞行器气动力的产生机制,以及相关扑翼飞行器设计参数对气动特性的影响。通过气动试验方法为扑翼飞行器飞行控制和结构优化等研制工作提供数据支持,将对新型扑翼飞行器理论研究以及飞控品质的提升起到巨大的推动作用。     

基于非线性气动力的失速颤振计算与试验研究

飞行器大攻角飞行过程中的动态失速会导致结构自激扭转或俯仰运动,造成非线性失速颤振现象,直接影响飞行器飞行安全与结构安全。该文对标准Leishman-Beddoes (L-B)非线性非定常气动力模型进行马赫数修正,使其适用于低速不可压情形的动态失速气动力计算,然后基于二元翼段气动弹性模型,采用Newmark时域推进方法进行工程失速颤振计算。依据计算结果设计并完成了二元翼段失速颤振风洞试验。试验结果表明,多数试验状态,基于L-B模型的失速颤振计算结果与试验结果均吻合较好。结果验证了修正的L-B模型可以用来进行低速大展弦比平直翼段翼型的失速颤振工程分析与极限环振荡评估,同时,失速颤振速度与极限环幅值受初始攻角的影响很大。     

Aerodynamic properties of a wing performing unsteady rotational motions at low Reynolds number

Summary The aerodynamic forces and flow structures of a wing of relatively small aspect ratio in some unsteady rotational motions at low Reynolds number (Re=100) are studied by numerically solving the Navier-Stokes equations. These motions include a wing in constant-speed rotation after a fast start, wing accelerating and decelerating from one rotational speed to another, and wing rapidly pitching-up in constant speed rotation. When a wing performs a constant-speed rotation at small Reynolds number after started from rest at large angle of attack (=35°), a large lift coefficient can be maintained. The mechanism for the large lift coefficient is that for a rotating wing: the variation of the relative velocity along the wing-span causes a pressure gradient and hence a spanwise flow which can prevent the dynamic stall vortex from shedding. When a wing is rapidly accelerating or decelerating from one rotational speed to another, or rapidly pitching-up during constant speed rotation, even if the aspect ratio of the wing is small and the flow Reynolds number is low, a large aerodynamic force can be obtained. During these rapid unsteady motions, new layers of strong vorticity are formed near the wing surfaces in very short time, resulting in a large time rate of change of the fluid impulse which is responsible for the generation of the large aerodynamic force.     

飞机T型尾翼跨音速颤振特性研究

由于飞机T型尾翼的结构与气动布局特点,T型尾翼颤振计算不能套用常规尾翼的分析方法,而需要考虑平尾面内运动以及静升力等因素的影响。而跨音速空气压缩性效应和非定常气动力计算的不准确性,使得T型尾翼跨音速颤振计算更加困难,准确性较低。因此,需要采用试验为主计算为辅的方法来研究飞机T型尾翼跨音速颤振特性。针对某T型尾翼结构,用ZAERO软件等价片条势流跨音速颤振(ZTAIC)方法计算T型尾翼跨音速颤振特性,研究了马赫数、风洞气流密度和平尾迎角对T型尾翼颤振特性的影响。通过升力系数斜率空气压缩性修正计算方法和跨音速颤振模型风洞试验方法得到了飞机T型尾翼的跨音速颤振的凹坑曲线和空气压缩性特性,两种方法得到结果一致。     

飞行器内SFD-转子系统的动力学特性研究

建立了飞行器内SFD-转子系统的运动模型。数值研究表明。飞行器过大的垂直加速度分量或过小的水平加速度分量都可能使原稳定的SFD-转子系统变得不稳定。随着飞行器爬升角的变化。系统响应会出现周期1、周期3、拟周期、混沌等形态，而且会发生倍周期分叉和倒分叉。设计SFD时，必须充分考虑机动飞行的影响。     

基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法及其试验验证

提出一种基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法,以片条内升力和力矩随攻角变化斜率为修正目标,采用多项式方程模拟片条力矩分布,使整个翼面的气动力大小和分布都与目标相符,进而使用修正后的气动力进行跨音速区的颤振分析.计算结果经跨音速颤振风洞试验验证,该方法对翼吊发动机构型的机翼颤振型、带操纵面的尾翼颤振型都有较高的计...     

翼型动态风洞试验洞壁效应研究

翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和静压分布更不均匀,动态试验翼型在相同迎角下的洞壁干扰更严重,表现为翼型在大迎角段,洞壁干扰导致模型中间截面附近和端部截面附近的速度分布和压力分布差异更明显,且相比于压力面,吸力面流动的二维性变得较差。侧壁干扰抑制了翼型中间截面附近的流向分离,诱导了端部附近的展向分离流。上洞壁和下洞壁的非定常压力系数随翼型实时迎角变化也呈迟滞环曲线,迟滞环方向相反,且脉动一阶主频率与翼型俯仰振荡频率一致。风洞洞壁干扰下,翼型动态失速三维涡结构呈“Ω”型。风洞上下壁干扰使得翼型线性段的升力系数和升力线斜率均增加,诱导翼型提前失速;在负行程,则使得翼型升力系数降低。侧壁干扰在负行程诱导了翼型表面的展向流动、减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,正行程范围则影响较小,且翼型失速延迟。FL-11风洞翼型动态试验的上下壁干扰效应为主导因素;但是侧壁干扰不可忽略,特别是在翼型振荡周期的大迎角和负行程范围。