鲁棒复合材料夹层结构

由空军莱特实验室结构部提供资金的鲁棒复合材料夹层结构(ROCSS)研究计划旨在对用于现代飞机与导弹的夹层结构的设计方案进行研究与论证。本项研究的目的在于研制一些改善可制造性与可维护性的优质材料来代替常规蜂窝夹层结构。尽管常规的蜂窝夹层结构具有高水准的结构效能，但其制造成本与维护成本常使飞机机体一体化受到限制。因此，要满足未来战斗机机体严格的性能要求就需要在这些方面作出改进，而未来的战斗机机体的大部分将由复合材料制成。在ROCSS计划执行期间，将会采用一些新型材料设计、制造一个全尺寸部件，并进行试验。整个部件模拟F—22的机身中段，在隔框、蒙皮及进气管道的设计采用夹层结构。三维纺织物预成型坯料将溶入夹层结构的连接中，从而提供一种用最少的机械紧固件高效连接主要夹层结构的方法。夹层结构的可维护性将会通过在夹层内加入泡沫塑料来提高冲击损伤容限，以及降低渗水性的方法得以改善。这一尝试将使这些革新方案过渡应用到改型与新设计的军用系统上得以确认，此项研究的成果将使结构效率显著提高，使检查、修理时间和成本明显减少。

无尾飞机的多变量控制律设计

本文介绍了按无尾战斗机综合的纵向和横侧向动力学特性设计的手动飞控系统。所用的设计方法是动态反演与结构化奇异值综合相结合，以便解决稳定性、性能和对受控对象不确定因素的鲁棒性问题。根据闭环系统所达到的稳定性、飞行品质和可靠性订出了设计目标。总设计结构包括一个内回路和一个外回路。内回路将飞机动力学特性调整等于所需的动力学特性，而外回路则采用结构化奇异值综合法来获得一种鲁棒的动力学控制器，以跟踪模型对飞行员指令的理想响应，然后利用一个可按飞机飞行状态调参的前置滤波器使系统输入成形，以便获得所要求的飞行品质。

超音速STOVL战斗机高偏置进气系统的研制

通过充分应用三维Navier-Stokes计算流体动力学(CFD)为一架超音速短距起飞和垂直着陆(STOVL)战斗机成功地设计了一种鲁棒的高偏置进气道／机体系统。然后，在马赫数高达1．5大范围的缩比模型试验中证明高总压恢复和低畸变与CFD预测结果一致。试验样件包括静态、低速和高速进气道／机体融合模型，在高速模型上使用了带有梯形、固定几何形状、正激波主进气道和主动与被动附面层放气系统。高速结果是在每英尺最大单位雷诺数为4×10^6时和马赫数最大为1．5时取得的。尽管数据表明不需要放气，但在马赫数1．50时仍在正激波位置后面设置单一穿孔板附面层放气单元优化进气道性能，本文介绍从4项主发动机进气系统0.145缩比模型试验研究中的两项选出的高速性能和可操作性数据，其中包括附面层转向板形状的影响，附面层放气的影响和气动力分界面(AIP)位置的影响。

21世纪的飞机设计：设计方法（要求的）内涵

本文介绍了对我们进入21世纪时整个航空工业，特别是军用飞机工业所面临的种种挑战的展望。支配20世纪飞机发展的“更高、更快、更远”的原则已经又加上了“可负担得起”这一条。国防工业部门和美国国防部已接受了几项倡仪，解决经济上可负担性问题。这些重要倡仪中的一部分，例如简捷飞机方案和基于模拟的采办，强调创造一种在未来几年中飞机设计将必须实现的环境。这些倡仪的主要目标是减少寿命期费用，同时保持技术优势。由于飞机设计对寿命期费用的影响特别大，传统的设计作法正在经历重大变化。产品和工艺综合开发方案推动着这种变化。新的设计作法就支持它们所需的方法而言有着丰富的内涵。为了能以可负担得起的费用设计高质量飞机，这些设计方法的效能需要有显著提高。本文从计算流体动力学角度深入探讨一些相关的问题。

运用LaSRS^ 框架进行的F／A—18E／F坠落模型的模拟

采用C^ (LaSRS^ )框架（一种C语言服务软件——译者注)在兰利标准模拟的情况下，22％动力相似的F／A—F坠落模型的模拟已经成功地进行了开发。采用LsSRS^ 框架的开发是利用面向对象的分析、设计以及编程技术进行的。同时还使用通用软件设计。运用LaSRS^ 框架的开发工作促进了本身具有的可维护、可扩展、可靠的以及计算效率高的模拟的开发。

先进战斗机上辅助动力装置（APU）排气撞击的数值分析

研究人员已经对先进战斗机辅助动力装置(APU)相关的排出气流进行了三维粘性计算流体动力(CFD)分析。计算用于研究APU排气口附近机身上的表面加热量级。利用Chimera域分解技术建立了CFD模型。为了提供用于APU研究的背景流场，使用了一种由5个格网构成的无冀(非机密)战斗机构形。将APU几何数据进行了对比。为了建立恰当的APU模型，需要补加17个Chimera格网。为了评估小防喘振管(用于排出从APU进气口引来的起音速气流)的位置对APU排气流的影响，分析了两种不同的APU构形。结果表明直接将APU防喘管从APU排气口下游位置移到APU排气口内侧的位置，能使传给机身的总热量显著地降低。

无尾飞机的多变量控制律设计

本文介绍了按无尾战斗机综合的纵向和横侧向动力学特性设计的手动飞控系统。所用的设计方法是动态反演与结构化奇异值综合相结合，以便解决稳定性，性能和对受控对象不确定因素的鲁棒性问题。根据闭环系统所达到的稳定性，飞行品质和可靠性订出了设计目标。总设计结构包括一个内回路和一个外回路。内回路将飞机动力学特性调整等于所需的动力学特性。而外回路则采用结构化奇异值综合法来获得一种鲁棒的动力学控制器，以跟踪模型对飞行员指令的理想响应。然后利用一个可按飞机飞行状态调参的前置滤波器使系统输入成形，以便获得所要求的飞行品质。

用于战斗机大迎角涡流控制的微吹气技术

在F-15E战斗机构型的低速风洞中，对在大迎角时控制前体涡非对称的微吹气技术的效能进行了研究。在以前用一般外形的前机身进行的试验基础上，评估了一种吹气口装置。在很大迎角时（α>50°），微吹气技术在产生偏航力矩和控制偏航力矩量值方面是有效的。与高压喷嘴吹气所验证的效果相当，而前者仅需1/100的质量流量。这就证明，通过控制不稳定点的涡流场可以获得这种杠杆作用。在中等迎角的情况下（α≤35°），采用该微吹气孔布局不能产生有效的偏航力矩。控制口优化有望提高微吹气技术在中等迎角范围内的效率。

用于战斗机大迎角涡流控制的微吹气技术

在F－15E战斗机构型的低速风洞中，对在大迎角时控制前体涡非对称的微吹气技术的效能进行了研究。在以前用一般外形的前机身进行的试验 基础上，评估了一种吹气口装置。在很大迎角时（α＞50°），微吹气技术在产生偏航力矩和控制偏航力矩量值方面是有效的，与高压喷嘴吹气所验证的效果相当，而前者仅需1／100的质量流量。这就证明，通过控制不稳定点的涡流场可以获得这种杠杆作用。在中等迎角的情况下（α≤35°），采用该微吹气孔布局不能产生有效的偏航力矩。控制口优化有望提高微吹气技术在中等迎角范围内的效率。

运用实时频率响应技术确定X—36稳定性裕度

NASA／波音公司的X—36遥控飞机用来验证无尾敏捷性战斗机布局的关键技术。1997年11月，在加州爱德华兹空军基地德赖登飞行研究中心，X—36成功地完成了含31项任务的飞行试验计划。X—36飞行控制系统结构包括每个轴向的单一控制通路，以便估算开环传送函数。采用频率响应技术实时估算单输入、单输出开环传递函数，可以快速安全地扩展X—36的飞行包线。实时稳定性裕度(RTSM)方法取得的飞行数据用来深入分析控制率性能，并指出了提高稳定性裕度所需的修改。RTSM能力大大增加了硬件在环模拟效率，并显著减少了控制率的开发时间。研究证明，只要语音和数据通信可以利用，RTSM频率响应技术就可以从遥控站应用。本文介绍了为X—36飞行试验计划研制的实时稳定性测量技术及从模拟和飞行试验得到的结果。此外，还论述了多输入、多输出奇异值分析在X—36横向控制方面的实时应用。

无尾先进战斗机的可重构飞行控制

本文介绍了一种以显性模型跟随结构的动态反演控制律为基础的可重构飞行控制方法。采用在线神经网络自适应地调整受控对象反演中的误差，这些误差可能是由建模的不确定性、故障及损伤等原因引起的。采用在线控制分配来生成个别控制效应器指令，在优化如机动载荷减缓、雷达信号特征等性能目标时，该指令产生期望的角加速度。在组系统识别用来估算控制分配算法使用的控制导数。还采用了飞行员输入滤波器，它利用控制分布矩阵的核中信号来增强控制效应器指令。这就可以识别那些由于控制联动而共线性的参数，这种控制联动是由控制分配算法造成的。通过在无尾先进战斗机上的应用，对这一可重构控制律进行了论证。本文中所述的结果主要取自于波音公司课题组完成的有关空军RESTORE预研项目的工作。

适于空战的综合头盔显示方案

为评估作为NASA大迎角技术计划(HATP)的一部分而开发的几种头盔显示器(HMD)的画面格式，利用圆顶模拟器进行了一项有人驾驶模拟研究。这些显示格式传递能量管理、空间定向和武器管理信息。将HMD格式与现役战斗机的典型平视显示器(HUD)进行了对比。给各飞行员的任务是花尽可能多的时间获得一个武器解，以便获得按他们所在包线选择的正确武器，并尽量避开敌机的武器包线。对几种不同显示画面单独和同时对地进行了试验，以了解单独的显示方案如何同时存在。真实的结果表明采用头盔显示的画面形式在适中的飞行员工作负荷条件下飞行员选择其所在包线的正确武器的能力提高率50％，而在高工作负荷条件下提高90％。在试验后的评估中，飞行员仍通常认为头盔显示好于平显显示。在少数几种情况下，飞行员更喜欢直接读出参数数值。此外还测量了头盔显示器对视力敏锐度的短期暴露效应，但未发现有害结果。