高空低温低气压模拟试验装置研制

面向飞行器高空环境相关气动基础问题研究需求,由低温模拟库嵌套低压模拟舱构建了海拔40 km以上高空大气环境模拟试验装置,采用双回路控制算法实现了低气压参数的精确快速模拟,系统工作真空度10 min内可达200 Pa以下;通过开发的制冷系统无级调节技术和冷热双回路PID自适应技术,实现了温度的稳定节能输出,温度控制精度为±0.5℃,温度均匀性优于±1℃。设计配套了环形回流风洞、螺旋桨带动力及翼型试验子系统,为开展高空环境飞行器气动性能测试提供了可靠的试验平台和技术保障。

地面效应对射流增升翼型性能影响实验研究

采用射流控制可以有效增加飞机升力、改善起降性能,而地面效应是分析飞机起降性能必须要考虑的因素。为了研究地面效应对射流增升翼型气动性能的影响,通过表面压力测量和PIV流场测量,详细对比研究了无射流条件下基本翼型、定常射流控制翼型及脉冲射流控制翼型在地面效应影响下的气动性能和流场特性。研究表明:受地面效应影响,基本翼型和射流增升翼型升力线斜率降低,升力减小,失速提前;有无地面效应时,脉冲射流的增升效果都大于定常射流;相同的射流动量系数下,距地越近,分离控制效果越差,升力也越小。

不同部件对机翼摇滚特性影响的风洞试验研究

简要介绍了机翼摇滚低速风洞试验技术研究 ,对试验装置、试验方法、数据采集等进行了描述。重点讨论了不同部件对机翼摇滚特性影响的风洞试验研究结果。结果表明 :机翼摇滚是不依赖于初始滚转角的滚摆现象 ,出现机翼摇滚现象的起始迎角在滚转阻尼导数反号处 ;飞机不同布局以及不同部件对机翼摇滚特性有显著影响。

展向吹气对非定常气动特性影响试验研究

主要介绍了翼身组合体模型在CARDC-Φ3.2m亚声速风洞进行非定常气动特性研究。研究内容包括一60°后掠角三角翼身组合体在俯仰和滚转振荡中的气动特性,以及展向吹气对动态气动特性的影响。另外,运用PIV技术研究了非定常气动特性及展向吹气影响的流动机理。研究结果表明:利用展向吹气可显著改善在俯仰和滚转振荡中气动特性的迟滞现象。

飞行器非定常气动力试验与建模研究

介绍了57°三角翼布局战斗机模型在CARDC直径3.2m风洞进行的俯仰、偏航和滚转3个方向大振幅振荡的非定常气动特性，试验的振幅为20°、35°，俯仰和偏航振荡的减缩频率为0～0.06,滚转振荡的减缩频率为0～0.2。另外利用基于频率域的Fourier变换法和非线性代数法，对非定常气动力建模进行了探讨，气动模型预测结果和试验结果具有较好的一致性。

Φ5m立式风洞旋转天平试验装置研制

Φ5m立式风洞旋转天平试验装置是为开展飞机尾旋特性研究而研制的重要基础设备,主要用于测定模型在绕风轴以不同速率作等速旋转状态下的气动特性,为飞机尾旋特性的分析和预测提供必要的气动参数。该装置采用双立柱弧形轨结构形式,采用网络一体化试验管理和控制模式,不但能够开展旋转天平试验,而且还具备动导数试验、大迎角试验、旋转/振荡耦合试验等功能。主要介绍旋转天平试验装置系统组成和设计,分析了引导性试验结果,最后给出了结论。

非线性非定常气动力的模糊逻辑建模方法

建立了非线性非定常气动力的模糊逻辑模型。利用大迎角俯仰及滚转振荡气动力验证了模型的有效性。结果表明:该模糊逻辑模型对非定常气动力有很好的预测能力;利用模糊逻辑方法可建立包括非基本运动状态变量在内的多变量非线性非定常气动力的数学模型。

旋转试验装置电气控制系统

φ5m立式风洞旋转试验装置是为开展飞机尾旋特性研究而研制的重要基础设备,主要用于测定模型在绕风轴以不同速率作等速旋转状态下的气动特性,为飞机尾旋特性的分析和预测提供必要的气动参数,可以开展旋转天平试验、动导数试验、大迎角试验、旋转/振荡耦合试验等。该装置控制系统主要采用了西门子自动化与驱动产品。介绍了装置结构、控制系统组成、功能和解决的关键技术问题,实现了多自由度耦合运动控制与姿态精确定位控制,各项技术指标满足试验要求。

旋转流场下的振荡动导数试验技术研究

为研究飞机在旋转流场下的非定常气动特性,中国空气动力研究与发展中心低速所在Φ5m立式风洞开展了旋转流场下的振荡动导数试验技术研究。本文推导了在旋转流场下识别组合动导数的方法,介绍了试验设备,获得了在旋转的同时,由振荡产生的3个组合动导数,并对试验结果进行了分析与讨论。将单自由度动导数结果与Φ3.2m风洞试验结果进行了对比,旋转/振荡耦合试验结果表明:旋转运动使得俯仰组合动导数变得不稳定,而对于横向组合动导数,大转速则会显著增大非线性。该试验技术能够为研究旋转流场下的非定常气动特性提供一个有效的试验平台。

80°/65°双三角翼模型大迎角气动特性风洞实验研究(英文)

在气动中心低速所Φ3.2m风洞综合运用测力、测压、烟流和PIV流场测量等手段对80°/65°双三角翼模型大迎角气动特性、压力分布及空间流场结构演化规律进行了研究。试验雷诺数为0.49～1.3(×106),迎角为0°～60°。研究结果表明:不同实验手段获得的研究结果之间具有较好的相关性,该双三角翼在迎角30°时升力系数出现最大值,在迎角30°～37°之间,升力系数变化不大,之后升力系数急剧下降;迎角超过30°,前缘涡出现破裂,迎角由38°增至40°,吸力峰消失,压力系数骤降,迎角超过40°吸力峰完全消失,前缘涡完全破裂。

现代战斗机非定常空气动力学及其风洞实验研究

良好的过失速机动飞行能力是现代战斗机的主要性能指标之一。本文描述了现代战斗机大迎角过失速机动飞行中存在的典型非定常气动现象、目前的研究水平和发展趋势；介绍了中国空气动力研究与发展中心低速所在该领域的研究现状，存在的不足以及下一步的重点研究方向。

飞机机翼摇滚低速风洞实验研究

介绍了机翼摇滚低速风洞试验技术，并对试验装置、试验方法、数据采集等进行了描述。重点讨论了一种歼击机模型在气动中心低速所4m×3m风洞进行的机翼摇滚风洞试验的典型结果。最后对形成机翼摇滚的机理进行了探讨与分析。

滑流对飞机俯仰静稳定裕量影响及平尾优化研究

螺旋桨飞机的滑流是影响飞机气动性能的重要因素。某飞机初始方案试验数据表明:在起降构型大拉力情况下,该机存在中小迎角俯仰静不稳定现象,严重影响飞机飞行安全。为提高飞机中小迎角俯仰静稳定裕量,通过对飞机气动数据的深入研究,对俯仰静稳定裕量降低的原因进行了分析,结果表明:中小迎角出现俯仰静不稳定的主要原因是迎角变化过程中平尾进出滑流影响区,导致平尾效能出现明显变化。结合飞机布局特点,提出了降低平尾高度的方法,减小动力不利影响。经试验验证,该方法能明显改善飞机中小迎角下俯仰静稳定性,有效扩展飞机小迎角俯仰稳定范围,使其满足总体设计要求。

内吹式襟翼控制机理和失速特性

短距起降运输机对增升装置提出了更高要求,常规机械式增升装置已无法满足,内吹式襟翼系统是当今固定翼飞机最有效的动力增升形式。为推动该技术的工程应用,基于雷诺平均N-S方程,对某加装60°偏角无缝襟翼的亚声速翼型在环量控制作用下的流场进行数值模拟,研究了其在不同吹气动量系数下的气动特性及流动形态,分析了不同环量控制阶段增升机理、失速特性和吹气动量系数对失速特性影响规律。结果表明:内吹式襟翼增升控制效率(升力系数增量与吹气动量系数的比值)较高,在临界吹气动量系数下可达70,此时相较于无吹气状态,升力增加约125%;主翼上由于环量增加产生的升力增量是翼型升力增量的主要来源,约占总升力增量的78%;吹气动量系数增加可造成翼型气动中心后移;附面层分离控制区主要通过消除襟翼上的流动分离增加升力,超环量控制区升力的增加是由于尾缘下游的射流效应使流线进一步偏转而实现的;随吹气动量增加,附面层分离控制区的失速迎角提前,超环量控制区失速迎角略微推迟。

前缘带光滑霜冰的NACA0012翼型表面声学特性计算

结冰将改变飞机空气动力表面形状,不仅使飞机空气动力性能下降,还会导致气动噪声的变化。为研究结冰对翼型气动噪声的影响,采用计算流体力学方法对前缘带光滑霜冰的NACA0012翼型表面声学特性进行了数值计算。采用C型网格拓扑结构对结冰翼型的计算区域进行了划分,采用不可压缩雷诺平均N-S方程对结冰翼型周围黏性流场进行了数值计算,采用基于Proudman理论的宽频噪声模型和Curle的表面积分方法预测了结冰翼型的表面声学参数,获得了沿结冰翼型弦向分布的表面声功率和表面声功率级。研究表明,0°或小攻角时,靠近前缘霜冰区域的流动转捩或流动分离使结冰翼型的表面声功率更高;较大攻角时,靠近后缘的区域发生流动分离,使后缘的表面声功率增加,进一步增加了结冰翼型的表面声功率。前缘霜冰产生的流动转捩和流动分离是结冰翼型气动噪声增加的主要原因。

战斗机机翼摇滚特性研究

为了研究战斗机的机翼摇滚特性 ,运用风洞试验和数值模拟手段 ,对一典型三角翼布局开展了研究工作。风洞试验研究探讨了不同攻角和初始角位移等因素对机翼摇滚特性的影响 ;运用非定常建模技术建立了机翼摇滚过程中的滚转力矩系数的表达式并进行了机翼摇滚的数值模拟 ,预测了发生机翼摇滚的临界攻角和轴承阻尼系数对摇滚特性的影响。最后对机翼摇滚的发展、稳定阶段的能量转换进行了讨论。研究结果表明机翼摇滚的数值模拟与试验结果具有较好的一致性。

气动除冰类飞机结冰风洞试验适航审定技术

民用飞机为获得型号合格证,应按照有关结冰适航规章条款进行结冰适航验证,如何解读适航条款要求并制定有效的符合性验证流程,是进行适航合格审定的关键。本文以Y12F气动除冰飞机结冰风洞试验的实际工程为例,以相关结冰适航文件为基础,结合国际最新的飞机结冰研究成果,研究并总结了目标试验状态设定、设备选择、试验状态的等效转换、模型研制、风洞试验等适航审定要求和技术。构建的结冰风洞试验适航审定方法,有效地指导完成了Y12F飞机除冰系统的适航验证工作,完成中国民用航空局(CAAC)和美国联邦航空管理局(FAA)同时审查,为获得CAAC和FAA型号合格证奠定良好基础。

流动分离与涡结构显示的激光诱导荧光水洞实验技术

开展激光诱导荧光水洞实验技术研究的目的是为流动分离与涡结构显示提供实用、直观、有效的观测手段。本项工作在1 m×1 m水洞配置的连续片光设备基础上,针对532 nm波长激光光源特性,依据光学参数匹配原则选择了罗丹明B作为染色剂与荧光剂,围绕染色剂与荧光剂的配置方法,连续激光器的激光强度、试验段流速、染色线出孔压力之间的匹配关系,照相、摄像视场与流动结构对比度匹配关系等问题,建立了激光诱导荧光实验系统,对圆柱绕流及尾流结构、运输机全机模型的机翼绕流与尾流结构、运输机尾舱门周围流场旋涡结构开展了实验研究。典型的流动分离与涡结构显示结果表明:激光诱导荧光技术具备从边界层结构到空间分离以及尾流特性等全覆盖的流场结构显示能力,值得推广应用。

无缝襟翼吹气控制机理和地面效应分析

基于Coanda效应的无缝襟翼吹气控制能大幅度提升机翼升力,改善大型运输类飞机起降性能,因此研究起降阶段地面效应对吹气控制的影响十分必要。通过数值模拟方法,从流场变化的角度分析了无缝襟翼吹气控制机理,以及有/无襟翼吹气时地面效应对翼型气动性能的影响。襟翼吹气使Coanda表面产生局部低压区,形成指向Coanda表面的压力梯度,进而引起射流上方的主流偏转和加速,使整个翼面近壁区产生顺时针方向的速度增量;翼面压力面的压力增大,吸力面的吸力增强,其中主翼上翼面吸力增强是翼型升力增加的主要来源。无吹气时,地面效应使翼型上/下翼面附近的流速均降低,上/下翼面的压力均有所提高,整体上使翼型升力降低。有地面效应时的襟翼吹气增强了下翼面对来流的阻滞作用,进一步提高了下翼面的压力;襟翼吹气使上翼面气流加速,可抵消地面效应引起的上翼面气流减速,一定程度上减小了地面效应引起的上翼面吸力损失。

对转螺旋桨气动力和气动噪声风洞试验技术

针对对转螺旋桨气动力和气动噪声性能评估和优化研究需求,依托声学风洞,研发了1套大功率对转螺旋桨动力模拟试验装置,并发展了对转螺旋桨气动力和气动噪声风洞试验数据处理方法。对转螺旋桨动力模拟试验装置由300 kW电动机提供动力输入,由齿轮箱实现增速和内外传动轴反向旋转,由旋转轴天平测量气动力。装置完成研制后,在5.5 m×4 m声学风洞开展了对转螺旋桨气动力和气动噪声试验。结果表明对转螺旋桨动力模拟试验装置的转速控制精度优于0.5 r/min,传动效率达到97.7%,装置运行平稳、可靠;对转螺旋桨试验的拉力系数重复性精度优于0.002 1,功率系数重复性精度优于0.002 2,气动噪声重复性精度优于0.5 dB。