宽速域无尾布局气动焦点变化规律研究

水平起降、宽速域飞行的高超声速飞机是航空技术的一个重要发展方向。这类飞机常采用无尾布局形式,该布局全速域气动焦点移动范围大,且舵面配平能力有限,纵向稳定性设计是一项关键技术。本文针对典型的宽速域无尾布局概念方案,通过数值仿真方法,研究了不同前体截面形状、边条平面形状和前机身长度的宽速域气动焦点变化规律,并重点关注了高超声速相对低速的焦点前移问题。研究结果表明,前机身长度对高超声速相对低速焦点前移的影响最明显;前机身越长,高超声速相比低速焦点前移趋势越明显。亚、跨和低超声速范围,尖侧缘脊型和下表面平面的半圆形前机身截面相比椭圆截面使焦点小幅前移;高超声速范围前机身截面形状对焦点影响较小。边条平面形状对高超声速相比低速气动焦点前移量影响较小。本文的研究结果可为此类宽速域无尾布局设计提供参考。

超声速流向拐角流动稳定性分析

由两部件垂直装配形成的流向拐角是飞行器上常见的结构,流向拐角形成三维流动,且在试验中观测到流向拐角流动具有不稳定特性。本文采用可压缩流向拐角流动自相似解,得到Ma 4.5层流基本流。在此基础上,开展二维Bi-Global稳定性分析。稳定性分析得到了特征值谱,并发现存在两种不稳定模态,即相对较高角速度下的S系列模态和在相对较低角速度下的F系列模态,分别给出了最不稳定模态的扰动型函数。分析发现,S系列模态扰动主要在近似一维流动区域,是一维平板边界层流动Mack第二模态在角域流动中的二维延伸;而F系列不稳定模态扰动峰值在角点附近,是角域问题特有的不稳定模态。在中性曲线上,两种不稳定机制各自包围形成对应的不稳定区间。

高超声速飞机动力需求探讨

近年来,随着高超声速技术的长足进步,特别是在超燃冲压技术逐渐面向工程化的背景下,关于高超声速飞机及其动力系统的讨论也频繁出现。为了在宽速域条件下工作,基于不同热力循环工作模式的组合动力系统相继被提出,高超声速飞机的动力发展形式出现了百花齐放、百家争鸣的局面,也对高超声速飞机动力系统的选型提出了巨大挑战。通过对飞机发展史及高超声速相关发展技术的综述,阐述了现阶段组合动力是高超声速飞机动力主要发展方向这一结论,针对高超声速飞机需求,梳理和分析了几种高超声速组合动力系统的工作原理、工作特性及优缺点,并展望了采用组合动力系统对未来高超声速飞机研究带来的挑战。随着飞行速度的提高,高超声速飞机和动力系统的一体化势在必行。