海军倾转旋翼无人机技术和发展优势综述

倾转旋翼无人机是一种介于无人直升机和固定翼无人机的新型无人机。它一方面具有垂直起降能力;另一方面还可以作高速巡航飞行,是未来无人机发展的趋势之一。简要地介绍了＂鹰眼＂无人机的发展历程和技术特点,综合分析了倾转旋翼无人机的关键技术。在此基础上,对海军倾转旋翼无人机的发展优势和应用前景进行了展望。     

倾转旋翼飞机直升机模态短舱倾转飞行控制

为了研究倾转旋翼飞机短舱倾转过程中的飞行控制问题,提出了一种基于线性规划的动态逆方法,以实现直升机模态下短舱小角度倾转时的姿态和速度控制。建立了倾转旋翼飞机简化的纵向非线性模型,以短舱角、旋翼纵向周期变距和总距作为控制输入,使用基于线性规划控制分配的动态逆方法设计了控制器。仿真结果表明:飞机在执行姿态或速度指令时,在无输入饱和和输入速率饱和的情况下能以最快速度完成倾转。该方法能完成要求的控制任务,闭环系统稳定,稳态性能好,有一定的鲁棒性。     

面向方案设计的倾转旋翼飞机短距起飞性能

倾转旋翼飞机同时具备低速垂直起降和高速巡航飞行的能力,受到航空从业者高度重视,而短距起飞相比于垂直起飞可以提升有效载荷以及起降安全性,是倾转旋翼飞机特有的起飞方式之一。本文面向方案设计阶段,研究倾转旋翼飞机在短距起飞模式下,推导该类飞机地面滑跑距离与短舱动力倾转角、推重比等设计参数之间简洁有效的理论公式,并予以计算分析。结果表明：该方法合理可信,所得结论可为同类飞机设计提供参考,具有良好的工程应用价值。     

倾转翼无人机返航过渡段气动分析与优化

倾转翼无人机是兼有固定翼飞机和直升机优点的一种新型旋翼无人飞行器,但其过渡段的气动特性存在非线性、强耦合的特点。基于动量源方法建立了倾转翼无人机返航过渡段的数值模拟方法,经单独旋翼和Georgia-Tech模型算例验证动量源方法的准确性后,结合滑移网格技术模拟倾转翼无人机返航段并进行气动分析,通过调整旋翼转速、倾转角速度,使其定高倾转完成的时间从9.20s缩短为4.46s,在此基础上通过MATLAB不同函数拟合曲线编写入动量源,对比得到返航段走廊曲线。计算结果表明利用拟合曲线可以使其更平稳地定高倾转,使倾转翼无人机的返航过渡段受力曲线更加光滑,该方法得到的结果为控制倾转翼无人机返航过渡段的稳定性提供了理论依据。     

倾转旋翼机模拟平台建模与仿真

建立倾转旋翼机数学模型是设计其合理的飞行控制律的基础。通过分析模拟平台的运动特点,运用L agrange动力学方法对倾转旋翼机模拟平台进行建模。实验结果表明,模型有效地反映了倾转旋翼机的短舱在倾转过程中,短舱倾转角与飞机姿态之间的动态关系。由于平台的纵向、横向运动、短舱倾转之间存在很强的交叉耦合特性;另外,该平台是一个高阶非线性系统,在一定程度上像倾转旋翼机,为更进一步研究倾转旋翼机提供了很好的实验平台。     

共轴八旋翼飞行器气动特性三维数值模拟分析

以周向均布四组共轴单元组成的八旋翼飞行器为研究对象,采用计算流体力学的方法,通过商业软件FLUENT对整机飞行器进行数值模拟研究,得到旋翼附近流场的涡流粘度云图、压力云图和流线图. 由结果分析可知,采用单相流模型及Spalart-Allmaras湍流模型可以有效地模拟该共轴八旋翼在工作转速下的气动特性. 当旋翼旋转时,靠近旋翼壁面的流速明显变快,并在旋翼横截面曲率最大处达到最大值. 由于上旋翼尾迹的影响,压差大的区域主要集中在旋翼桨尖附近,此时流线分布也表明共轴上下旋翼之间以及相邻共轴旋翼单元之间存在强烈的气动干扰,这部分干扰可能有利于提高整机升力.     

共轴刚性旋翼气动特性试验与分析

在航空工业气动院FL-52风洞开展了共轴刚性旋翼气动特性风洞试验,通过合理的操纵与配平策略,实现了共轴刚性旋翼配平,并对悬停、多种前飞状态下气动特性及升力偏置对旋翼操纵特性及性能的影响机理进行了研究。结果表明,试验取得了比较好的配平效果,桨毂力矩、合扭矩及升力偏置配平误差分别优于±2 N·m、±0.5 N·m、±0.01;悬停状态扭矩配平与非配平状态下,上旋翼效率都大于下旋翼;前飞状态升力偏置可有效提升大前进比时旋翼气动效率而小前进比时则并不明显,升力偏置的增大会使上下旋翼的桨毂滚转力矩大幅增加。     

可倾转六旋翼飞行器自抗扰控制技术研究

针对传统的多旋翼存在力和力矩的耦合,难以实现线运动和角运动解耦控制的问题,本文研究设计了一种可六自由度独立控制的倾转六旋翼飞行器（HTR）。为提高控制性能和抑制系统所受内外扰动影响,设计了基于自抗扰控制（ADRC）技术的飞行控制器。首先对HTR构型进行设计,使用牛顿欧拉法建立HTR动力学模型;接着针对HTR过驱动的特性,通过变量代换对控制分配矩阵进行线性化处理;最后将HTR解耦为6个单输入单输出系统的组合,分别设计位姿自抗扰控制器,来克服系统内部存在的不确定因素、通道耦合和外部扰动问题。仿真结果表明,本文设计的自抗扰控制器具有良好的线运动和角运动独立控制能力,提高了系统的控制精度和抗扰性。     

运输机升阻特性仿真与风洞试验相关性方法

以M3飞机配装某型发动机三维模型为研究对象,采用CFD方法对整机流场进行数值计算。对于带动力短舱模型,利用分区拼接网格技术对发动机内流场和飞机外流场进行网格划分和拼接;在此基础上采用雷诺平均N-S方程,基于S-A湍流模型,开展了不同发动机状态、马赫数及攻角的仿真计算。以FNPR=1.61时,试验获得的升阻系数作为基准,在不同攻角下,获得CFD计算结果的修正因子,结果表明：修正后的数值计算结果与风洞试验获取的升力特性曲线,贴合程度好,在攻角小于14°内误差小于3%;修正后的阻力特性曲线整体趋势与风洞试验一致,误差小于10%,阻力系数都是随攻角的增大而增大,且在攻角大于10°后快速增大。     

直升机旋翼结冰后三维桨叶气动特性数值分析

针对直升机旋翼桨叶结冰问题,研究了结冰前后三维旋翼桨叶气动特性.基于多参考系模型建立了旋翼桨叶三维结冰数值模拟方法,对其中空气流场计算、水滴撞击特性计算、结冰生成计算和几何模型重构等步骤进行了介绍.以C-T旋翼为模型,计算分析了结冰对旋翼桨叶气动特性的影响.计算结果表明,结冰后旋翼桨叶升力降低、阻力增加,悬停性能下降明...     

水平轴风力机专用翼型的数值模拟研究

根据当前计算流体动力学（CFD）数值模拟的研究,对风力机专用翼型S816的模型进行数值模拟,主要针对翼型的升阻特性、失速、流动分离等方面内容,研究了翼型升阻力系数随迎角的变化、翼型在非定常、定常数值模拟结果对比等因素对翼型气动特性的影响,并总结了相关规律。     

车桥耦合气动力特性和风压分布数值模拟

基于计算流体动力学，采用数值模拟的方法研究了车桥耦合体系气动力特性和风压分布．首先选取了雷诺应力湍流模型，分别建立了桥梁单体模型、车辆单体模型和车桥耦合体系模型．计算了3个模型在不同风向角下的气动力系数，并对各自的风压分布进行了比较．车桥耦合体系考虑了车辆和桥梁的耦合效应，在不同风向角工况下，车桥耦合体系的气动力系数，包括升力系数、阻力系数和倾覆力矩系数，都明显增大．计算结果表明，车桥耦合体系与桥梁和车辆各自单体相比较，气动力系数差异较大，故设计中应对此给予重视，以确保行车安全．     

气动噪声相似关系及在风洞试验中的应用

研究以基本气动噪声源(单极子声源、偶极子声源和四极子声源)向远场辐射声功率和物体运动过程中产生的气动噪声与运动速度、物体特征尺寸、距观测点距离和介质特性等的关系,推出了相似运动物体向远场辐射气动声的相互转换关系式,并利用气动声学风洞对高速列车模型产生的远场气动噪声进行测量,据此关系式从低风速测量结果推出了高风速结果,用试验数据进行验证.研究表明,此关系式反映了原型和模型之间在远场辐射气动噪声的相互关系,对模型试验结果分析和向原型的转换具有一定的借鉴作用.     

垂直轴风轮机叶片气动特性模拟与分析

利用Gambit前处理软件,建立了翼型面为NACA4412的小型H型垂直轴风力发电机叶片的二维流场模型．在连续性方程、N-S方程及k-ε模型的基础上,采用了多重坐标系（MRF）计算模型,利用Fluent软件模拟了流场内翼型截面的受力和速度分布情况,得到了攻角为20。时NACA4412翼型风机的空气动力学特性．     

200 km/h电力机车气动性能风洞试验与数值模拟

采用模型风洞试验和数值计算方法研究了200 km/h机车外形的气动性能.试验风洞为FD-09单回流低速风洞,模型缩尺比为1:8.873.数值计算采用流体动力学软件FLUENT,数学模型为三维粘性不可压缩流体雷诺时均方程和κ-ε双方程湍流模型.数值模拟结果与模型风洞试验结果基本吻合.在此基础上对多个外形的设计参数进行了优化,并对优化后的模型流场作了数值计算,得出了一些有益的结论.     

碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

仿生翼几何特征与气动性能的关系初探

为了揭示鸟类翅膀特征结构与其气动性能的关系,从而为高效低噪仿生翼型的设计和开发提供有益的基础信息和仿生学理论支撑,使用三维激光扫描仪对4种常见鸟类(红嘴相思鸟、黑尾蜡嘴雀、八哥、家鸽)进行实体扫描,将真实鸟翼进行数字化建模,构建了4种三维仿生翼模型,并截取得到沿翼展方向不同截面位置处的仿生翼型。运用数值模拟方法对仿生翼的气动性能和噪声特性进行研究,并比较了不同攻角和不同雷诺数下4种仿生翼的气动性能。研究发现:4种仿生翼的气动性能曲线变化趋势一致,雷诺数对于4种仿生翼的影响效果也是相似的;当雷诺数大于100 000时,仿生翼气动性能的雷诺数效应并不明显;八哥仿生翼的气动性能良好,但适用的攻角范围较小;红嘴相思鸟仿生翼的升阻比相对较低,但对攻角的变化不敏感;擅长飞行的鸟类翅膀更明显地分化成两个部分,靠近翅根的部分整体弯曲,翼型不对称,靠近翅尖的部分基本平直,为对称翼型。噪声模拟结果还揭示了特定飞行状态下仿生鸟翼的气动噪声特性,可以推测,仿生翼的尾迹特征和飞行速度是影响其噪声分布情况的关键因素。     

某高层建筑风环境风洞试验研究

介绍了在风洞中进行的某高层建筑风环境的模拟试验 ,行人高度风速的测量和数据处理方法 ;并分析了该高层建筑的风洞试验结果 ,结果表明 ,该建筑的风环境基本上满足舒适性条件 .     

变转速对旋翼悬停气动性能影响的试验与分析

为研究转速变化对旋翼悬停性能的影响,通过旋翼计算流体力学方法建模分析和缩比模型旋翼台试验的方法,以自研无铰式刚性旋翼为对象,研究了旋翼转速对悬停性能的影响规律。结果表明：基于运动嵌套网格和非定常流场求解建立的旋翼计算流体力学方法对悬停状态的气动性能计算精度较高,最大误差为6.84%;模型旋翼试验数据有效,具有良好的重复性;转速降低后相同总距对应的拉力系数更小,悬停效率拐点对应的拉力系数更大;拉力越小,变转速所节省的功率越明显,低拉力时可节省超过40%需用功率。可见改变转速可以显著提升悬停状态的旋翼气动性能。     

导弹弹射架气动加载系统设计和仿真分析

介绍了一种专用于模拟导弹弹射发射时所受气动力的地面模拟气动加载试验系统。分析了该加载机构的结构和特点,并进行了加载弹射仿真。对仿真结果和试验系统的实验数据进行了对比。对比结果表明,气动加载系统的加载力跳动误差不大于15%,达到了工程实际应用的目的。