旋转流场下飞机大幅滚转振荡时的动态横向气动特性实验研究

在气动院FL-8风洞中,采用旋转流场下单自由度振荡机构进行了旋转流场下大幅滚转运动的动态气动特性实验研究。模型在绕风轴连续旋转的同时进行给定频率和振幅绕体轴的滚转振荡运动,测量了模型的动态气动特性,着重分析了不同运动参数对模型气动特性的影响。结果表明,旋转速度的存在使大幅滚转振荡试验中的滚转力矩和偏航力矩发生平移,同时使滚转力矩和偏航力矩的迟滞特性发生明显的变化。

飞行器纵向阻尼动导数直接测量实验研究

介绍了新研制的"FL-8风洞大幅升沉和俯仰耦合振荡实验系统"及采用该系统产生纯俯仰运动测量飞行器纵向阻尼动导数的试验技术,给出了部分试验结果。实验结果表明,阻尼导数和时差导数在中、大迎角时存在明显的非线性耦合,采用纯俯仰运动直接测量的阻尼导数在整个迎角范围内都是合理的。

低速风洞旋转流场下滚转振荡动导数试验技术研究

介绍了中国航空工业空气动力研究院自主开发的旋转流场下单自由度振荡系统及相应的试验技术。尾旋特性分析及预测时所使用的动导数通常是在常规流场中获得的,测得的动导数没有体现旋转流场的影响。该项试验技术通过在旋转流场中进行强迫振荡运动来获取飞机尾旋过程中的动稳定性导数,实现了对流动的真实模拟。在FL-8风洞中采用某型号飞机的动导模型进行了旋转流场下滚转振荡试验研究,对试验数据进行简单分析。分析结果表明:该系统试验性能稳定,试验数据可靠,可以有效的应用于现代飞机的振荡尾旋和飘叶式尾旋过程的气动力特性研究和预测。

某复杂构型飞机偏航-滚转耦合运动非定常气动力特性实验研究

在FL-8风洞中设计并制造了一套双自由度大幅振荡实验系统,不仅能模拟飞机单自由度机动历程,还能实现模型绕体轴的偏航-滚转耦合运动及俯仰-滚转耦合运动。本文通过适当的实验设计,基于运动时间历程的影响分析,在振荡平衡位置定量地研究耦合因素对偏航-滚转耦合振荡运动中非定常气动力特性的影响。结果表明,当振荡运动平衡位置迎角远小于失速迎角时,偏航-滚转耦合运动的气动力等于单自由度运动相应气动力的线性叠加,平衡位置迎角在失速迎角附近时,非定常气动特性受耦合因素影响显著,而平衡位置迎角在远大于失速迎角时,非定常气动特性受耦合因素影响变小,但仍然较大。

FL-8风洞旋转天平试验支架干扰研究(英文)

给出了FL-8风洞进行旋转天平试验支架干扰研究的情况,对试验方法、设备和试验结果进行了介绍。为了实现圆弧形滑轨与模型支杆的支撑和变角功能,特别设计了新型的变角支杆。试验结果表明:支架干扰对纵横向气动力的影响规律是不同的,对纵向结果的影响是与旋转方向无关的,而对横向结果的影响在正反旋转时是相反的。尾撑和背撑试验结果经过支架干扰修正后向相同的值靠近,说明支架干扰修正的结果是合理的,提高了试验结果的准度。

旋转流场下模型大幅俯仰运动实验研究

在中航气动院FL-8低速风洞中,采用单自由度振荡机构进行了旋转流场下大幅俯仰运动的气动特性实验研究。模型在绕风速轴连续旋转的同时,进行给定频率和振幅绕体轴的俯仰振荡运动。测量了模型的动态气动特性,着重分析了不同运动参数对模型气动特性的影响。实验结果表明,旋转速度的存在使大振幅俯仰振荡实验中的滚转力矩和偏航力矩产生了明显的迟滞特性,但对俯仰力矩和法向力的迟滞特性影响不大。

FL-51风洞阵风发生器电液伺服控制系统

针对FL-51风洞的阵风模拟需求,研究了电液伺服摆动缸独立驱动叶片的阵风发生器,通过结构解耦、控制同步的方式,简化了发生器结构,从而降低了运动过程中与叶片及洞体的耦合振动。研究了高频同步位置伺服控制算法,提高了发生器叶片的摆动幅度和频率,实现了发生器不同振幅、不同频率、不同波形的组合运动。通过装置测试与阵风流场校测,结果表明:电液伺服摆动马达驱动能力强、动态高、生成的正弦波精度高,在来流风速70 m/s下可稳定工作,能产生符合测试要求的高品质单频和多频阵风。

跨声速自由滚转试验技术研究

采用中等展弦比、薄翼型、边条、锯齿、折叠翼等设计的先进作战飞机在跨声速易出现机翼突然失速现象,从而引起非指令性横滚运动。为研究该问题,在FL-3风洞中研制了一套跨声速自由滚转试验装置,设计某验证性模型,选取马赫数范围0.8~0.95的典型飞行状态进行了静态测力和自由滚转验证性试验。试验结果预测了某模型不同构型的机翼突然失速敏感范围,并评估了非指令性横滚运动的严重程度,从而验证了试验机构的可靠性,建立了评估方法,实现了跨声速自由滚转试验技术。

大幅振荡试验支架干扰研究

低速风洞大幅振荡试验是飞行器研制,特别是具有过失速机动能力的战斗机研制中,必不可少的试验研究项目。目前国内外已经开展了低速风洞大幅振荡试验,并开展了其他动态试验系统的支架干扰试验研究和大幅振荡试验洞壁干扰的试验研究,但对低速风洞大幅振荡试验结果中的支架干扰修正都没有进行过相应的研究。为了进一步提高低速风洞大幅振荡试验的数据准度,掌握支架干扰影响规律,在FL-51风洞采用两步法对俯仰、滚转和偏航三个模态的单自由度大幅振荡风洞试验的支架干扰进行了测量。两步法支架干扰修正法使用叠加原理,认为辅助支架、映像支架和主支架对模型气动力的干扰作用都是线性叠加关系,没有考虑不同支架之间的相互干扰。通过设计加工专用的辅助支架和映像支架,利用两步法试验获得了单自由度大幅振荡试验支架干扰的影响量。分析发现大幅振荡试验中支架干扰影响量对单自由度大幅振荡试验的准度影响较大,进行大幅振荡试验时,需要进行相应的支架干扰试验,并且支架干扰影响量随频率增大而增大。结果表明大幅振荡风洞试验可以通过两步法进行支架干扰影响修正,进而提高试验结果的准度。

基于虚拟飞行的混合翼身融合布局操稳特性

针对混合翼身融合布局面临的三轴运动耦合和大迎角失稳等潜在操稳问题,研制三自由度虚拟飞行试验系统,基于动力学相似模型开展纵向和横航向开环虚拟飞行试验,对飞机的本体操稳特性进行研究。结果表明:该混合翼身融合布局飞机纵向和航向开环操纵均存在三轴运动耦合现象。纵向操纵会引起大迎角极限环失稳现象,迎角振荡平衡位置约为28°、振荡幅值约为2.56°、振荡主频率为0.55 Hz,振荡过程中气动力呈现非定常特性;V型尾翼偏航操纵响应呈现横向运动幅值最大、偏航运动次之、俯仰运动最小的特点。

高阶紧致格式在非线性数值模拟中的应用

对比分析迎风型格式及中心耗散格式优劣性,采用傅里叶分析方法分析显式格式及紧致格式在波数空间可准确模拟的波数范围。通过编程研究6种紧致格式,其中为保证紧致格式在内点及边界点的一致性,采用高精度边界格式,加入了滤波运算和采用更小的CFL数来控制紧致格式的稳定性。数值试验表明,中心紧致格式有更小的耗散误差及色散误差;通过4阶Pade格式计算模型绕流,验证了边界处理的正确性,也更加认识到紧致格式有非常严格的稳定性限制。

旋转天平实验支架干扰测量方法研究

本文分析了旋转天平支架干扰特性、并从结构设计、变角原理、验证方法、辅助测量手段和数据处理方法争多个角度出发，提出了一套详细的利用两步法测量旋转天平支架干扰测量方法，分析表明该方法可以解决旋转天平几乎所有角度范围的支架干扰测量问题。

带等离子控制的飞翼布局飞机模型的风洞虚拟飞行试验

等离子体流动控制技术已经在流动控制领域成为热点和焦点。为了研究等离子体对于飞翼布局飞机稳定性的影响,本文研究中采用闭环飞行控制律对飞翼布局飞机模型的操纵舵面进行操控,同时增加等离子控制,对该模型飞机在失速迎角附近区域开展三自由度(3DoF)的虚拟飞行试验研究。结果表明,等离子打开后,在俯仰运动上,使得飞机俯仰振荡幅值变小,增快振荡衰减,在滚转运动上,对滚转角命令的跟随性变好;在偏航运动上,增加了偏航阻尼,改善了原来偏航运动的偏离问题。因此,等离子流动控制对于飞翼布局飞机在失速迎角附近的稳定性改善具有良好的效果,对未来等离子技术的实际应用提供了借鉴和指导。

低速风洞动态试验能力现状及展望

本文介绍了国内外包括气动院低速风洞动态试验技术的新进展，并根据大迎角动态气动力特性研究对风洞试验技术的需求及现有能力，提出动态试验技术研究课题组下一步的发展方向。

大攻角运动时三角翼滚转及其演化问题数值模拟

基于动网格的技术，耦合求解流体动力学方程与刚体动力学方程，建立无时间滞后的数值手段来分析研究飞行器非定常的耦和运动特征，研究三角翼多自由度非定常的耦合关联运动。研究表明：在流动结构失稳后机体运动逐步形成极限环振荡的自维持运动，滚转力矩系数滞回曲线呈现典型的“双8”稳定形态，在滚转与偏航2自由度下，三角翼自激滚转振荡更为剧烈。

小展弦比飞翼布局大迎角气动特性研究

为研究小展弦比飞翼布局大迎角飞行时的动态特性,本文以小展弦比飞翼标模为研究对象,采用多种大迎角试验手段结合数值模拟方法,开展大迎角气动特性及流动机理分析。研究结果表明,随着迎角的增大,小展弦比飞翼布局前缘涡起始位置发生变化,并引发涡系干扰、涡破裂等流动现象,导致气动特性发生变化;迎角为40°~50°时,机翼上表面产生涡破裂现象,此区域动态特性与减缩频率具有强相关性,并且俯仰阻尼缺失易导致自激振荡。

低速风洞双自由度大幅振荡试验技术

为满足国内战斗机型号研制对大迎角过失速机动过程中非定常气动力问题研究的需求,中国航空工业空气动力研究院在FL-8风洞开发了一套基于电液伺服马达和电机耦合驱动的双自由度大幅振荡试验技术。简单介绍了该系统的基本组成和试验原理,给出了FL-8风洞动态标准模型双自由度大幅振荡试验的典型结果,分析表明:该系统运行性能稳定,试验数据可靠,重复性精度较高,可以有效应用于飞行器双自由度耦合运动气动特性研究。

面向复杂构型飞机的非定常气动力建模与辨识

不论是现代高机动隐身战斗机的设计需求还是常规布局飞机的飞行动力学分析,深入研究大迎角飞行时的非线性非定常气动力模型都极其重要。基于纵向运动小振幅及大振幅强迫振荡试验数据,分析了常规稳定导数模型的准确性,并从导数模型出发发展了简化涡流和分离流时间迟滞效应的非定常气动力线性模型和非线性模型,最后应用风洞典型机动历程模拟试验验证了模型的有效性。结果表明:对于复杂构型高机动飞机模型,发展并改进的非线性微分方程模型可以准确预测飞机不同机动下的非定常气动力特性,具有较强的工程可行性。

一种基于升力面分解思想的横向状态空间模型

将飞机分解成若干面并分别建立当地气动力及力矩模型,应用大幅滚转振荡试验数据,最终建立了一种能够描述飞机横向非定常气动力特性的状态空间模型。采用粒子群全局优化算法对模型进行参数辨识,辨识结果和预测值符合试验数据,表明应用升力面分解思想建立横向状态空间模型是可行的。

飞艇尾翼脉动压力特性实验研究

在中航气动院FL-9低速风洞中,进行了飞艇尾翼脉动压力特性实验研究。测量了尾翼的脉动压力,着重分析了各测量点的脉动压力系数、频谱和相关性系数等特性。结果表明:脉动压力系数由尾翼前缘向后缘逐渐增大。尾翼的中部和前缘脉动压力系数随迎角无明显变化,在迎角超过8°以后,尾翼后缘的脉动压力系数随迎角增大而急剧增加。连续变迎角测量结果与固定迎角测量结果相比,脉动压力系数产生了明显的迟滞特性。尾翼上表面脉动压力的自相关系数和互相关系数从前缘到后缘逐渐降低,且前缘表现出显著自相关性,下翼面脉动压力基本互不相关。