飞机大迎角纵向机动稳定性及通向混沌的道路

基于非线性动力学理论,分析了飞机大迎角纵向机动的稳定性及混沌行为。根据纵向机动的动力学模型,分析了飞机在大迎角状态下的飞行稳定性,通过Lyapunov稳定性原理,给出了不同参数匹配条件下飞机的纵向机动稳定域;以升降舵偏角和质量为系统参数,利用Melnikov方法,研究了飞机纵向机动的混沌运动,得到通向混沌的道路;通过数值仿真得出不同条件下的飞机纵向运动的Lyapunov指数,分析实验结果并对理论推演进行了验证。结果表明:大攻角机动情况下,飞机极易进入混沌状态,造成飞行不稳定甚至导致飞行事故。     

新型缝翼对机翼气动性能影响的实验研究

随着经济的发展,飞行运动渐渐成为人们所喜爱的体育项目之一,低速二维机翼是轻型运动飞机产生升力的主要部件。二维机翼W-1是一款经典的轻型飞机机翼。二维缝翼S-1是一款根据仿生原理设计的增升装置,用来延迟在低雷诺数和大攻角条件下二维机翼W-1上表面的流动分离。通过一系列的风洞试验,来验证缝翼S-1对二维机翼W-1的边界层分离和升力的影响。试验结果表明:在低雷诺数条件下,缝翼S-1的使用对二维机翼W-1的边界层分离有明显的抑制作用,二维机翼W-1的失速攻角延迟了3.5°,最大升力系数增加了30.5%。     

一种新的激波/滑移线共存结构

超音速飞行器机动飞行时面临大攻角流动问题.这里,我们报道一种由大攻角飞行导致机翼上表面出现特殊的脱体激波、再压缩激波与滑移线共存的现象.在大攻角条件下,超音速气流在机翼前缘产生脱体激波,波后亚音速气流在机翼上表面加速到超音速,一般会形成再压缩激波.在大攻角条件下,由机身下方翻转上来的亚音速气流与机翼上表面超音速气流接触,因亚音速气流压力高于超音速气流,因此产生高背压斜激波,以达到压力平衡.我们发现,高背压斜激波正好构成机翼上的再压缩激波.在较大攻角条件下,机翼脱体激波、再压缩激波以及超音速与亚音速气流之间的滑移线,为满足压力平衡,交于前缘某点,形成特有的脱体激波/再压缩激波/滑移线干扰结构.计算表明,该滑移线内在的开尔文-亥姆赫兹不稳定性会导致新的非定常现象与气动噪声.     

微小型飞机三维气动力特性的数值分析

对微型飞行器在Vin=15m/s,飞行攻角α=-10°～15°条件下的三维气流流动进行数值模拟.对升力系数、阻力系数等气动特性进行了分析研究,得出了一些与低雷诺数有关的微型飞机所特有的气动力特性.     

基于微分流形理论的结冰条件下飞机鲁棒动力学边界研究

基于微分流形理论构建了一种结冰条件下飞机鲁棒动力学边界保护系统设计方案。首先基于微分流形理论计算了飞机未结冰时的动力学边界,并用Monte Carlo法验证了其准确性和高效性;其次,以结冰因子影响模型为基础,研究了不同结冰程度下飞机动力学边界的变化规律;进而提出了飞机鲁棒动力学边界,并设计了结冰条件下飞机鲁棒动力学边界保护系统。当飞机遭遇结冰不利飞行环境时,相比于传统动力学边界,该鲁棒动力学边界不需获取准确的冰型信息和结冰严重程度。考虑当前结冰检测技术手段,提出的方法具有更加广泛的工程应用意义。在飞机超出动力学边界之前,边界保护系统作用使飞行状态保持在安全阈值范围内,从而保证飞机安全可控。     

低雷诺数条件下增加机翼升力方法的风洞试验研究

二维机翼G-1是从在北欧海岸线上生活的白天鹅的翅膀上截取的、通过仿生学原理所设计的一款低雷诺数机翼,已被一些航空俱乐部的轻型运动飞机所采用。作为轻型运动飞机产生升力的主要部件,在起飞和降落时(低雷诺数条件下)需要增大攻角来弥补速度降低所损失的升力,同时为了避免攻角过大而使得飞机失速,则需要辅助装置来保持飞机的升力。本期风洞试验运用了两项"被动控制技术"来探索在低雷诺数条件下保持或增加机翼升力的可能性,一是使用双半三角形涡流发生器,二是加厚机翼后缘,使上下表面不连续。     

高超声速飞行器周期跳跃巡航轨迹设计与仿真

针对临近空间有动力高超声速飞行器（NSPHV）周期跳跃巡航轨迹的设计规划问题,提出了一种基于飞行动力模型与多约束条件下的轨迹简单规划方法。首先,建立NSPHV动力学模型;其次,根据NSPHV周期性跳跃巡航飞行特点设计了以高度为节点约束、攻角为控制量的制导飞行方案,把攻角设成关于高度的简单分段周期函数,段与段之间以一定的攻角变化率连接,并利用直接法对攻角进行求解。最后仿真得到速度、航迹倾角、高度均具有一定周期性的NSPHV跳跃巡航飞行轨迹,同时分析了初始高度、初始速度以及初始航迹倾角对飞行轨迹的影响。结果表明：该方法是一种简单有效的周期巡航轨迹规划方法,而且生成的轨迹具有一定的稳定性,不易受初值影响。     

子导弹攻角控制系统鲁棒控制器设计

本文讨论了应用定量反馈理论(QFT),用Matlab下的QFT工具进行鲁棒控制器设计的过程.并以简化的无动力子导弹攻角控制系统为例,设计了一个鲁棒控制器G(S).该控制器使子导弹在跟踪目标飞行过程中,攻角对俯仰舵偏角的传递函数的频率响应满足设计期望要求,大大改善了弹体的动力学特性.     

基于Copula模型的机翼结冰飞行风险定量评估方法研究

结冰条件下飞行风险定量评估可以为飞机结冰适航验证提供参考指标。提出了极值理论与Copular模型相结合的机翼结冰条件下风险定量评估方法。基于人 机 环复杂动力学模型进行蒙特卡罗仿真实验,提取了关键飞行参数（空速、滚转角和迎角）极值。利用辨识得到的参数进行拟合优度检验,验证了Joe Copula模型能够较为准确描述三维极值参数联合分布形式。通过建立的风险概率判据计算了飞行风险概率,分析表明结冰风险事件往往伴随着飞行安全关键参数不同程度的超限和耦合影响。所提方法可为结冰条件下的飞行风险定量评估和预测管控提供理论参考依据。     

积冰对飞机本体纵向非线性动力学稳定域的影响

积冰威胁飞行安全,研究积冰对飞机稳定性的影响对确保飞行安全具有重要意义。积冰导致飞机失速迎角降低,仅研究飞机在小迎角线性段的稳定性是不充分的,还需对其非线性动力学稳定域进行研究。首先,基于积冰条件下的飞机气动系数曲线,建立积冰飞机纵向运动的非线性模型;然后,根据非线性动力学理论构造出飞机纵向运动的稳定域边界,并利用时域仿真对稳定域边界进行验证;最后,通过对比无冰与积冰条件下稳定域的变化,分析积冰对飞机稳定域的影响,并将积冰对飞机稳定域的影响和其对气动系数的影响进行对比。积冰条件下飞机稳定域在俯仰角速度方向上收缩约20%,稳定域边界处的最大迎角减小约1°。研究结果表明,积冰条件下飞机稳定域的变化与气动系数的变化一致,积冰导致飞机的稳定域缩小,容易引起飞行事故。     

斜置飞翼翼型气动性能的研究

斜置飞翼是一种具有亚音速和超声速巡航能力的可变后掠角飞机。本文根据斜置飞翼的飞行特点和气动特性,选用了相对弯度、相对厚度等参数不同的两种翼型。通过数值模拟分析,对比两种翼型在不同迎角和雷诺数下的空气动力性能,结果表明翼型2的气动性能优于翼型1。     

斜置飞翼翼型气动性能的研究

斜置飞翼是一种具有亚音速和超声速巡航能力的可变后掠角飞机。本文根据斜置飞翼的飞行特点和气动特性,选用了相对弯度、相对厚度等参数不同的两种翼型。通过数值模拟分析,对比两种翼型在不同迎角和雷诺数下的空气动力性能,结果表明翼型2的气动性能优于翼型1。     

低速风洞大振幅升沉振动加速度导数测量装置的设计

为了研究飞行器在纵向大迎角状态下的动态失速现象，设计了一套用于低速风洞的升沉振动测量装置，本装置采用强迫振动方法，利用偏心滑块机构将转动变为直线运动，可测量出由模型升沉振动加速度产生的导数利用此导数值可将组合动导数分离，为准确预测飞行器飞行特性提供可靠的保证，此装置的特点是振动幅值大，天平测量精度高，试验数据可靠。     

飞行器头部的涡系结构研究

通过三阶精度离散格式求解N-S方程,模拟了飞行器头部涡系流动过程,展示了不同层次的涡系结构.结果表明,较小攻角时,表面不同的鞍点与结点拓扑组合,在飞行器头部空间演化出不同的涡系.稳定螺旋点在空间演化为羊角涡,促使对称主涡向非对称发展.较大攻角时,头部空间演化出U型马蹄涡,通过牵制主涡涡核,抑制主涡向非对称发展.中等攻角时,飞行器头部既形成羊角涡,又形成马蹄涡,二者对主涡的作用是相反的.     

基于Fluent的硬式空中加油杆气动特性计算

硬式空中加油杆是空中加油的关键部件。借助于商业CFD软件FLUENT,对某型硬式空中加油杆在不同攻角、不同飞行马赫数的气动力进行了计算,得出了该型加油杆升力系数、阻力系数以及随飞行马赫数和攻角的变化规律。仿真结果表明,计算的气动参数可以为硬式空中加油杆的模型和数据提供依据和参考,与传统计算方法相比有一定的优越性。     

某型运输机发生严重颠簸时的阵风响应分析

介绍了某型运输机在飞行中遭遇阵风,引起飞机发生严重颠簸的情况.分析了颠簸时自动驾驶仪参数、发动机参数和飞机纵向参数变化.结果显示,高度、指示空速、迎角、俯仰角、法向过载等飞参在飞机遭遇阵风时的响应迟滞不同.同时计算得到飞机的相对升力(与颠簸前飞机稳定平飞时升力的比值)和垂直风速,其极值分别为0.25m/s和-11.58m/s,出现在飞机发生严重颠簸(最大法向过载增量为-0.52)时.     

美军标1797飞行品质规范分析

利用1797品质规范检验现役某第三代战斗机飞行品质过程中,在确定瞬时峰值比、上升时间时,认为通过利用高阶系统传递函数求出的时间响应特性得出的结果更合理;提出了一种利用优化技术确定尼尔一史密斯准则的方法,取得了满意的效果;通过把计算与所反映的飞机实际飞行品质进行比较,发现该规范对短周期飞行品质的某些要求过严,应用时需做某些具体指导和调整。     

扇翼飞行器绕翼型流动数值研究

扇翼飞行器以其低速大载荷、低噪音特性在军用及民用领域有着广泛的应用前景．基于CFD软件采用滑移网格技术对简化为二维的绕翼型流动进行数值模拟,得到低速大迎角下绕翼型的流场,分析并比较了不同迎角下的流场结构,给出了升阻力随迎角的变化关系．在此基础上通过比对分析翼型局部几何形状改变后得到的数值模拟结果,得到了飞行器机翼前缘高度对绕翼型流场的影响以及相应的升阻力变化情况,并讨论了引起这些影响和变化的可能原因．最终给出可用于扇翼飞行器设计的方案．     

某型机机身前段安装大尺寸天线罩后的静压孔布局研究

某型机在机身前段安装的大尺寸天线罩改变了机身压力分布,自身还产生了尾涡流。采用CFD和风洞试验方法研究表明天线罩使机身前段压力升高,天线罩前方可找到静压力系数接近0且随迎角和侧滑角变化很小的区域用于布置静压孔。测试发现天线罩尾流区内总压降低可达6%。机身前段的压力系数随着雷诺数增加有降低趋势。