考虑磨损演化的铰链式襟翼机构动力学仿真研究

不同卡位的襟翼气动载荷差别很大,使得轴承在不同襟翼偏角下所承受载荷也存在明显差异,这导致在不同角度位置的轴承磨损深度不一致。因此,引入均匀磨损深度的方法难以适用于襟翼的动力学特性分析。为解决这一问题,提出了一种基于最小二乘法的动力学建模方法。根据襟翼翼面的连接特点利用C-B法对其进行柔性化,并采用RBE2单元建立刚柔耦合动力学模型。联合UAMP、DISP、UMESHMOTION子程序进行磨损演化仿真,获取铰链轴承的非均匀磨损数据,同时通过最小二乘拟合建立磨损深度和襟翼偏角角度以及摩擦因数的映射关系。将该映射关系以铰链轴承中心点的偏移量和轴承摩擦因数的方式更新刚柔耦合动力学模型,以获取在磨损影响下的襟翼机构动力学响应,验证了方法的适用性和有效性。结果表明,随着磨损的进行,襟翼内外侧轴承转轴同轴度逐渐降低,内外侧驱动力矩随之增加,增加幅度最大为15.08%。该方法可为襟翼机构的设计及轴承选型提供一定支持。

基于“指节”驱动刚柔耦合式变弯度机翼后缘结构的设计方法

利用刚性机构驱动的变形翼,蒙皮易出现不光滑变形的现象,而用柔顺机构设计的变形翼,虽蒙皮曲线光滑,飞机的稳定性和机动性增强,但难以满足变形与承载双重优化。为此,基于“指节”驱动式仿生刚柔耦合的设计思想,本文设计了一种瓦特I型六杆驱动的变弯度机翼后缘三“指节”刚性机构,并建立了可承受气动载荷和光滑变形的柔顺机构拓扑优化方法。先设计了一种由单电机驱动的瓦特I型六杆操控机构,再改进了“指节”式驱动下变形翼后缘的变密度拓扑优化方法,后求解并给出了一种具有三“指节”式杆驱动特点的变弯度后缘柔顺驱动机构,最后对优化模型进行了刚柔体动力学、空气动力学以及流固耦合仿真,并搭建了试验平台和样机模型,对柔性变形翼的可行性及其设计方法有效性进行论证,结果表明该机翼可以光滑、连续地大变形,同时又具有较强的承载能力。

四连杆铰链襟翼机构方案设计分析与优化

最新的大型宽体客机均采用了新型铰链襟翼形式,国内缺乏对铰链襟翼具体结构连接设计和驱动载荷分析方面的研究。为了使气动方案更好地落实到具体机构方案中,开展了四连杆铰链襟翼机构方案设计,包含运动副设计、机构参数设计,进行了机构传载分析。建立了动力学仿真分析模型,综合权衡驱动器位置、襟翼驱动点位置、驱动摇臂的长度和连杆的长度等参数对驱动载荷进行优化,优化后驱动载荷降低了约14%。襟翼机构设计方案确保了气动方案与结构方案的匹配性和可实现性,可指导国内自主开展铰链襟翼机构设计。

一种收放后缘襟翼的瞬态补偿方法

本文研究了飞机收起/放下后缘襟翼产生瞬态的原因,提出了一种根据后缘襟翼偏度信号同步偏转平尾的瞬态补偿方法,进行了六自由度仿真分析,并邀请飞行员进行了地面飞行模拟试验。仿真分析和试验验证结果表明,该方法可有效减小收放后缘襟翼的瞬态。

民用飞机顺气流襟翼机构故障工况动力学仿真研究

民用飞机顺气流襟翼一般由空间复杂多铰机构驱动,按照适航条款CCAR25.671的要求需开展典型故障下的机构特性研究。构建机构运动数字样机,采用RBE2单元将刚性多铰机构铰链点关联至柔性襟翼本体,建立襟翼机构刚柔耦合动力学模型;在巡航、起飞、着陆三种气动载荷工况下,采用调节铰链摩擦系数和设置单侧驱动失效的方法分别模拟铰链卡滞和操纵系统单侧失效两种典型故障,并分析驱动力矩和铰链点载荷的变化规律。结果表明:铰链卡死时,内侧驱动连杆耳片发生拉伸破坏;内侧驱动失效时,外侧摇臂铰链点径向载荷提升明显,在实际中应重点关注该类襟翼外侧摇臂中关节轴承的径向和轴向承载能力,避免外侧机构出现单独操纵的情况,同时需要对整个驱动系统增加扭矩保护。

一种刚柔混合弦向变弯度机翼后缘设计

为实现机翼在驱动控制下实现弦向连续弯度变化,同时考虑材料变形能力,提出一种刚柔混合式变后缘翼型。通过对翼型中弧线进行几何分析,建立变弯度构型参数化模型,并以升阻比为优化目标,计算最优的刚性段下弯角度以及柔性段下弯曲线。利用计算流体力学计算,对比不同攻角下,刚柔混合偏转翼型和传统刚性偏转翼型的升力系数、升阻比等气动特性。以巡航时单位展长所要求升力为优化目标,分别求解低速巡航及降落两种工况下,两种不同后缘翼型的下弯角度及变形方式。对比两种下偏方式的压力分布、速度分布、气流分离位置等流场特性。根据优化构型制造刚柔混合式变后缘机翼模型,并进行变形能力测试。计算结果表明:刚柔混合后缘翼型在同等偏角下,具有更高的升力系数、升阻比,更优的气动特性;而在相同的飞行工况下,刚柔混合后缘翼型下偏角度要求更小,气流分离点更靠后,具有更高的气动效率。通过变形能力试验验证了柔性翼肋结构及蒙皮设计的合理性。

翼身融合布局与传统布局飞机结冰特性对比分析

翼身融合(BWB)布局是提升未来民机综合性能的重要布局方式,其结冰飞行安全问题逐渐受到人们重视。针对翼身融合布局飞机与常规布局飞机的结冰问题,本文通过数值模拟的方法来开展结冰特性研究。本文提出基于Navier-Stokes方程对空气流场进行求解,并应用欧拉法计算水滴撞击特性,之后采用Shallow-Water结冰热力学模型的结冰计算方法。首先,通过将翼身融合布局飞机和传统布局飞机的计算结果与风洞试验数据进行对比,验证空气流场计算的正确性,并将两者进行对比分析;其次,数值预测飞机表面冰形的特征,将两种布局飞机结冰特性进行对比,结果表明,结冰对两种布局飞机气动外形的破坏程度从后掠翼翼根至翼尖逐渐变大,但传统布局飞机结冰只发生在机翼前缘和机头处,而翼身融合布局飞机前部几乎都发生了结冰,可为相关的结冰特性研究及防除冰设计提供技术参考。

襟翼气动载荷测量方法优化

襟翼是飞机的重要增升翼面。为获取准确的襟翼气动载荷,需要在襟翼上布置测压孔并进行风洞试验。基于CFD仿真结果分析了某型襟翼压力分布规律,并基于此优化该型飞机襟翼的低速风洞试验测压孔布置方案,研究了不同插值方法对垂向力和铰链轴力矩测量结果准确性的影响。结果表明,靠近前缘处压力非线性较强,弦向比例0.15~0.3,0.3~0.5,0.5~0.8,0.8~1接近分段线性分布;对该型襟翼可取弦向比例为0.04,0.07,0.15,0.3,0.5,0.8来布置测压孔;对压力分布进行分段线性插值得到的垂向力及铰链轴力矩测量误差不高于-13%;用三次样条插值方法的误差不超过-6%,明显小于前者。提出的测压孔布置方案可显著提高襟翼低速风洞试验气动载荷测量准确性,在襟翼风洞测压试验设计及气动载荷测量领域具有一定的参考意义。

后缘襟翼机构动力学仿真研究

根据气动专业对某机型后缘襟翼气动要求及输入条件,采用空间位移矩阵方法完成后缘襟翼滑轨设计。对后缘襟翼各类机构驱动方式进行了对比研究,选择了滚珠螺旋丝杠驱动机构作为后缘襟翼驱动机构,满足了机构内埋的要求,并对该后缘襟翼机构进行了运动分析,研究其运动的合理性。最后,基于LMS Virtual.Lab Motion模块,对后缘襟翼机构进行了动力学分析,研究后缘襟翼机构在襟翼气动工况下的运动情况及受力情况。

二维增升装置前缘缝翼的远场噪声分析

以计算流体力学软件FLUENT工具,二维增升装置模型L1T2为基准,采用LES模型和Ffcows Williams-Hall积分方法,计算二维增升装置前缘缝翼的远场噪声。通过计算24组不同缝道参数的二维增升装置的缝翼噪声和最大升力系数,分析了气动性能与噪声强度之间的关系,并采用建立响应面的方法对缝道参数进行了优化,使原增升装置模型的噪声强度得到了降低。结果表明:当缝道参数大小适中时噪声总声压级较小,反之噪声总声压级显著增大;当缝道宽度减小而重叠量增加时,噪声总声压级持续减小。适当的缝道参数组合是能够使所设计的增升装置较好地兼顾气动性能和噪声强度要求的。

内吹式襟翼几何参数影响研究与优化设计

采用数值模拟方法对内吹式襟翼进行了研究。首先,开发了一种针对内吹式襟翼的参数化方法,该方法可以根据襟翼弦长、偏角、吹气缝高度、位置这些几何参数很好地描述其外形。然后,通过与CC020-010EJ标模的试验压力分布进行对比,验证了所采用数值模拟方法的可信度。分别研究这些几何参数对内吹式襟翼气动性能的影响,研究结果表明:襟翼弦长越长、偏角越大、吹气缝越窄、位置越靠前,翼型的升力系数越大。最后,构建了一种针对内吹式襟翼几何参数的优化设计方法。在固定吹气动量系数的基础上,以襟翼弦长、偏角、吹气缝高度、位置这些几何参数为设计变量,以5°迎角升力系数最大为优化目标,以失速迎角不小于9°为设计约束,开展优化设计。优化结果表明,优化设计方法可以显著提高内吹式襟翼的升力系数,升力系数的提高量达到1.7左右。

修正的动力盘模型与三维模拟螺旋桨滑流比较

比较用于研究螺旋桨滑流对机翼影响的4种数值模拟方法,即未进行修正的动力盘数值模拟、修正的片条理论应用于动力盘模型的数值模拟、有旋转的修正的片条理论应用于动力盘模型的数值模拟及定常三维实体螺旋桨数值模拟求解RANS(Reynolds AveragedNavier-Stokes)方程.以某半径为1.008 m三叶螺旋桨在转速为2 575 r/min,飞行速度为66.889 m/s工况下螺旋桨后的轴向和环向诱导系数作为评估依据进行比较,结果表明:修正的动力盘模型和三维实体模型数值模拟能预测螺旋滑流区内的流动情况,而三维实体模型能更多地反映流动细节,但是会增加计算成本,表明动力盘模型可以替代三维实体螺旋桨进行数值模拟.

采用自适应直角网格计算三维增升装置绕流

针对三维增升装置绕流，对存在剪刀叉的不连续外形，基于自适应直角网格，提出并介绍了分区和面搭接技术，采用变长宽比网格，进行了直角网格生成和流场 Euler 方程数值计算．根据几何外形的特点，在直角网格生成过程中，以外形不连续面作为分区边界，对初始“根”网格实施分区处理，降低了整个网格的生成难度．通过基于外形的自适应网格加密，详细描述了剪刀叉外形和缝道，提高了网格质量．在分区边界面上，基于面搭接技术，构造重叠面积切割算法，实现边界两侧网格间的流场信息传递，保证流场计算中的通量守恒．采用中心有限体积方法，结合双时间推进算法，完成了两段机翼、带增升襟翼翼身组合体绕流流场的 Euler 方程数值模拟，对计算结果与实验数据进行了对比，验证了所提方法、算法的合理性和实用性．

K-8 机襟翼限位机构可靠性建模及求解方法

所采用的建模方法比较完满地解决了Ｋ－８机襟翼限位机构（以下简称限位机构）的建模问题，建立了数学模型，以便进行机构的可靠性计算和设计；并在此基础上通过改变模型参数，使该建模方法同样适用于解决平面多杆机构的运动可靠性问题。

外吹式襟翼动力增升的机理研究

为了满足大型运输机短距起降、大装载、高航程等设计要求,针对外吹式襟翼动力增升构型(EBF)的增升机理和增升效果开展了数值模拟和分析研究。本文采用二维简化算例,探讨了EBF构型在起飞、着陆状态下发动机不同工作状态时的喷流强度、翼型襟翼偏角、飞行迎角对该构型气动力特性和增升效能的影响规律和效果。数值模拟计算结果表明:使用EBF构型后,飞机在起飞状态下可以产生51.63%的升力系数增量;在着陆状态下可以产生33.01%的升力系数增量,可以大幅度地改善飞机在起飞和着陆时的气动力特性,具有一定的工程实用价值。

襟翼侧缘噪声机理及修型降噪设计

襟翼侧缘噪声是飞机起降阶段机体噪声的重要噪声源。采用极大涡模拟对襟翼侧缘非定常流场进行数值模拟,分析其噪声产生机理.基于此,提出了两种襟翼侧缘修型方式,应用虚拟渗透面的Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H)声比拟方法将修型构型的远场噪声频谱特性和指向性与基准构型对比分析,研究其降噪效果。通过流场和声场的数值模拟表明,襟翼侧缘噪声属于宽频噪声。不同的襟翼侧缘形状改变了流场形态、侧缘涡结构以及涡系的发展过程,进而对声源分布和远场噪声特性产生影响。结果表明:在给定的5°计算迎角下,两种襟翼侧缘修型方式在保证增升装置的原有升阻气动特性的前提下,能达到减小全场总声压级1~2 dB的降噪效果。

微型涡流发生器对超临界翼型减阻机理实验与数值分析

针对安装在超临界翼型后部的微型涡流发生器减阻问题,先用风洞实验测出微型涡流发生器对超临界翼型升阻特性的影响,然后采用RANS方程和κ-ε湍流模型进行数值模拟,分析安装在超临界翼型后部的微型涡流发生器减阻原因。研究发现:微型涡流发生器使下游近壁面处低能气体向上卷起与外层高能气体掺混,近壁面平均湍动能增加、翼型后部脉动压强增大,压差阻力减小;湍流应力由速度梯度、湍流粘性系数和脉动压强共同决定,虽然气流掺混,弦向速度法向梯度减小、湍流粘性系数减小,但展向速度法向梯度和脉动压强增大,湍流应力增大,摩擦阻力增大;微型涡流发生器尺寸很小,完全浸没于附面层内,仅掺混与它高度相当的附面层内流体,对附面层厚度影响小,对翼型升力影响小。

大型客机增升装置气动设计与计算

增升装置是民用客机的重要部件之一,在飞机设计过程中必须投入大量精力。随着民用航空工业竞争越来越激烈,各飞机制造公司在进行新一代飞机研发时,都不约而同地在飞机的经济性、环保性上花费大量人力和物力。对于增升装置要求其设计必须沿着降低复杂性、增加可靠性、减重、维护和提高气动力性能方向发展。

铰链式下垂前缘机构设计与动力学仿真研究

下垂前缘是一种结构简单的增升装置,能够有效降低气动噪声,减小机构的运动空间,已被应用于A380和A350XW。为了实现下垂前缘按照给定要求定轴转动,需要设计一种机构型式,因此提出一种基于四连杆形式的铰链式下垂前缘机构的设计方法。根据设计输入要求建立下垂前缘机构的线架模型,并对该机构进行运动学和刚柔耦合动力学仿真,得到机构运动过程中角度变化参数和该机构运动过程中的驱动力矩和铰链点载荷。结果表明:随着驱动臂匀速转动,铰链式下垂前缘能够平稳下偏26°;两个驱动平面的最大驱动力矩的比值接近3∶2,且侧撑杆的设置使驱动处的横向受载得到了改善,该机构型式设计合理,为现代民用飞机设计提供了参考依据。

基于缝翼位置参数的多段翼型噪声性能分析

前缘缝翼的位置直接影响着多段翼型的流场特征和缝翼噪声源的分布特性。针对缝翼的噪声性能问题,基于大涡模拟(LES)的非定常流场分析以及FW-H声类比积分方程,对典型多段翼型30P-30N模型进行流场特性和远场噪声辐射特性分析;通过调整缝翼位置,研究缝翼噪声辐射特性对缝翼位置参数的敏感程度,并分析在保持较高气动性能的条件下,有效减小缝翼噪声辐射的缝翼位置参数特征。结果表明:在缝道宽度和重叠长度不变的条件下,适当减小缝翼偏转角度,可在保持气动性能不折损的条件下有效减小缝翼噪声;而继续减小缝翼偏转角,则将增大缝翼噪声。当缝翼偏转角度不变时,减小缝道宽度,同时增大重叠长度,会对缝翼噪声有一定的抑制作用。优化缝翼位置参数是提高机翼气动性能以及控制缝翼噪声的有效途径。