短距起飞/垂直降落飞机升力系统研究进展

短距起飞/垂直降落(STOVL)升力系统是一种允许飞机在极短跑道甚至无跑道条件下起降的航空技术,提供了飞行器在受限空间和复杂环境中实施起降操作的能力,对军用和民用领域都有重要意义。尽管国际上对STOVL飞机的研究已有历史,但敏感或专用技术的信息并未广泛共享。为深入探索STOVL飞机升力系统的关键技术、难点和发展方向,在全面分析和总结最新研究进展和技术挑战的基础上,针对该领域的研究进展进行综述,特别是针对F-35B飞机深入探讨了STOVL飞机升力系统的关键技术,包括升力风扇、三轴承矢量喷管和整机推进系统性能等。在此基础上总结归纳了国内外学者在复杂结构设计、动力系统建模、环境影响评估和性能优化等方面的研究,为STOVL飞机的研发与优化设计提供方向参考。

高海况下垫升风机轴承保持架磨损分析

垫升风机是气垫船关键的动力设备,具有旋转速度快、吸收功率大的特点。垫升风机轴承提供径向支承,保证叶轮总成平稳运转。轴承在使用过程中,保持架会严重磨损,轴承可能失去承载能力。针对高海况下垫升风机轴承保持架磨损问题,建立垫升风机轴承动力学分析模型,通过仿真计算,进行垫升风机轴承处应力变形分析,确认保持架磨损的发生机理。通过与垫升风机轴承保持架实际磨损情况比较,验证仿真分析的有效性。

玻璃纤维复合材料在某型气垫船垫升风机叶片上的应用研究

气垫船通过垫升风机产生气流,经由围裙通道,向船底气室供气,依靠气垫产生的垫升压力以支撑船体悬浮于水面或地面航行,以此减小船体和接触面之间的阻力、大航速可调范围,使其具有极高的机动性。根据某型号气垫船用垫升风机的设计要求,针对玻璃纤维复合材料叶片开展铺层设计、强度计算、模态计算及强度试验等方面进行了研究。研究表明:采用玻璃复合材料的叶片可以达到轻量化的要求,应力计算和模态计算结果均满足使用要求,使用过程中不会破坏也不会发生共振。通过强度试验验证在极限转速情况下最大应变值为2 747με,远小于材料的应变极限,叶片未发生破坏。

Multi-point airfoil optimization for axial-flow fan

Airfoil is the element of fan blade design. It is strongly anticipated to design a fan of ave- raged high performance over a wide operation range. Multi-point optimization design of airfoil for axial flow fan was proposed over specific operation range. Weighted objective function of airfoil lift-drag ratio was constructed for several operation points around the designing one. Airfoil was defined by parametric B-spline curve of limited shape controlling points. Results show that normal standard airfoils have remained spaces to be optimized under specific operation conditions. Airfoil performance is sensitive to flow′s Reynolds number and cascade solidity. Predicting flow transition along airfoil profile is essential to search for optimized one. Optimized airfoil of wide operation range is possible to obtain with prescribed fitness function. Obtainments of multi-point optimization may be relatively lower at design point, but positive obtainments are achieved at off-design ones. Resulted airfoil is specially suitable for axial flow fans operating frequently at off-design point such as air condition coolers.

升力风扇唇口特征几何与其气动性能关联性分析

悬停状态下,唇口可为升力风扇提供接近一半的升力,是垂直起降飞行器动力装置的重要气动部件。以挖掘影响升力风扇唇口性能的几何参数为目标,针对某升力风扇应用需求设计了4种唇口,采用经过试验验证的数值分析方法研究了造成唇口性能差异的流场及几何因素,在此基础上研究了唇口几何参数与气动性能的关联关系并进行了验证。结果表明:10000 r/min的风扇转速下,双纽线唇口比基于NACA65设计唇口的无量纲升力和无量纲流量分别提高33%与9.5%;对于文中研究对象,当唇口内表面斜率等于2倍双纽线斜率时,唇口的性能参数最优,大于或小于2倍双纽线斜率时,唇口性能均会降低;10000 r/min的风扇转速下,与双纽线唇口相比,基于2倍双纽线斜率设计的唇口可使升力风扇的总升力提高5.6%。

基于XGBoost和自适应阈值的电厂风机故障预警

为了对电厂风机实现故障预警,提出了基于极端梯度提升(XGBoost)算法的数据驱动的故障预警方法。首先,通过对电厂原始数据进行数据特征提取和Box-Cox变换,建立基于XGBoost算法的风机轴承温度预测模型;其次,将模型预测值和真实值的偏差用相似度函数表示,并设计了基于区间估计思想的自适应阈值方法;最后利用某电厂送风机数据进行仿真,并将XGBoost算法与支持向量机(SVM)算法、梯度提升树(GBDT)算法进行对比。结果表明该方法能实现风机早期故障预警,验证了该故障预警模型的有效性。

超长大直径叶轮风机单叶片吊装施工技术

近年来,随着我国海上风电的快速发展和技术革新,海上风电机组单机容量不断增大,大功率的海上风机叶片相对较大,在施工中容易受到风力影响,风机叶片的吊装较为困难。叶轮整体吊装方法对施工环境要求较高,为减小施工面积,降低施工风险,提出一种大功率海上风机叶片吊装施工方法。依次进行塔筒组装、机舱及轮毂组装、机舱及轮毂整体吊装、叶片安装。以协鑫如东H15#海上风电场海上风机吊装为例,阐述大容量海上风机单叶片吊装技术,以期为后续海上超大容量风电机组吊装施工项目提供些许借鉴。

基于防失速装置的垫升风机气动性能改善

针对某气垫船采用的轴流式垫升风机存在马鞍形不稳定区,而风机工作点距离该不稳定区过近,无法满足气垫船在波浪中航行时的垫升流量和压力需求问题,开展防失速装置设计并研究其改善该型风机气动性能的有效性。基于数值仿真和模型试验方法预报该型风机的气动性能,掌握其马鞍形不稳定区产生的内在原因;分析马鞍形不稳定区对气垫船在波浪中的航行性能和垫升风机运行的影响,明确该型风机气动性能的改进方向;根据该型风机内部流体的流动特性开展防失速装置设计,验证其在改善该型风机气动性能方面的有效性,并揭示其抑制马鞍形不稳定区的物理机理。研究表明:叶片上的气流分离是导致该型风机产生马鞍形不稳定区的主要原因;防失速装置能有效抑制动叶和可调前导叶上的气流分离,改善该型风机的内部气流品质,抑制和弱化其马鞍形不稳定区,扩大其稳定工作范围,使其能更好地匹配气垫船在波浪中航行时的垫升流量和压力波动。

风电工程吊装技术要点分析

风电场建设水平不断提高,风电机组大型化趋势变得更加明显,单机容量不断增长,轮毂中心高度也在增加,机舱重量不断升高,风机机组吊装的难度和安全风险日益升高。本文以实际案例展开分析,对风电工程吊装技术要点进行分析,探讨新型的吊装技术,促进风电工程安装水平全面提升。

风机吊装施工技术分析

文章以黑龙江省齐齐哈尔市某陆上风电项目为背景,通过对风机吊装作业的过程分析,总结了一套风机吊装施工技术,提高了风机吊装作业效率,为更好地实施风电项目积累了经验。

涵道风扇升力系统的升阻特性试验研究

近几年出现了许多构形新颖的垂直起降无人飞行器 ,都以涵道风扇作为升力系统。为了研究涵道风扇系统的气动特性 ,尤其是在复杂流场中涵道本身的升阻特性 ,在 3 .4m× 2 .4m开口风洞中对涵道风扇进行了吹风试验。试验模型由直径 1 .5 0 m的可变距风扇系统和外径 1 .8m的圆筒状涵道组成。试验状态变量包括涵道高度、吹风速度、涵道前倾角和风扇桨距。试验结果表明 :涵道在前飞状态比悬停状态产生更大的升力 ,但这一优势却被涵道的较大阻力所排斥 ,因而涵道风扇如果用作升力系统 ,仅适用于强调悬停和低速飞行的飞行器。

升力风扇垂直起降飞机阻力特性分析

结合升力风扇系统动量理论方程和固定翼飞机的升阻计算模型,建立了升力风扇垂直起降飞机升阻特性估算模型。通过该模型得到了升力风扇垂直起降飞机的典型阻力特性曲线,并分析了全机总体参数对于过渡态阻力峰值的影响关系,进而得到了关于升力风扇垂直起降飞机总体布局设计的相关指导原则。

S/VTOL战斗机及其推进系统的技术研究

短距起飞/垂直降落战斗机集固定翼和旋翼飞机的优势于一身,由于其出色的性能一直广受关注,但由于技术难度大,迄今为止,世界范围内仅有3型战斗机真正装备部队使用,分别是英国"鹞式"战斗机、前苏联雅克-38战斗机和美国F-35B战斗机。按照短距起飞/垂直降落战斗机推进系统提供升力和推力的方式,将其推进系统分为共用型、组合型和复合型3种类型。介绍了3种短距起飞/垂直降落战斗机推进系统的工作原理、应用和发展,并分析了其优缺点,给出了推进系统研制发展的启示及建议。

垂直起降飞机设计中升力风扇估算模型分析

参考涵道风扇动量理论模型,建立了针对垂直起降飞机总体设计中关于升力风扇的估算模型,并通过具体算例对其进行验证。对该估算模型进行理论分析,确定了升力风扇概念垂直起降飞机总体设计中关于升力风扇系统需要注意的问题。

S/VTOL战斗机用推力矢量喷管技术的发展及关键技术分析

S/VTOL(short/vertical take-off and landing)战斗机用推力矢量喷管是飞机实现短距起飞垂直降落,摆脱对跑道的依赖,减小航母的设计难度,及显著提高飞机机动性能的关键技术,已成为第4代战斗机和战斗机用航空发动机的设计标志。结合不同时期推力矢量喷管的特征和不同战斗机对推力矢量的技术要求,对短距起飞垂直降落战斗机用矢量喷管的结构特点、工作原理及发展状况进行了归纳及总结。详细提出了S/VTOL战斗机用推力矢量喷管的关键技术,并对开展S/VTOL战斗机用矢量喷管技术研究提出建议。

升力风扇垂直起降飞机过渡态总体参数分析

升力风扇垂直起降飞机属于一种特殊的固定翼飞行器,兼有直升机式的悬停状态、固定翼状态,以及特殊的过渡状态。在这三种状态下,两套升力部件(直接升力部件和气动升力部件)只共用一套动力源,使得动力源工作状态差异很大,导致各总体参数之间的匹配关系与常规固定翼飞机甚为不同。为此,基于螺旋桨动量理论推导了升力风扇垂直起降飞机全机升阻、功率特性的估算模型;并针对整个过渡过程,分析了各总体参数对过渡态功率、阻力特性的影响,进而得到各总体参数的合理匹配方法以满足减小"富余功率"和节省过渡阶段的燃油消耗量的设计要求,提高巡航经济性。所研究的成果能为升力风扇垂直起降飞机概念设计提供有效地指导原则。

旋翼/涵道/风扇升力系统的前飞气动特性

旋翼/涵道/风扇组合构成的升力系统,是一种结构紧凑、新颖、操纵较简易的垂直起降飞行器的升力系统。由于旋翼和风扇、旋翼和涵道、风扇和涵道之间等存在相互气动干扰,尤其是在前飞状态下,涵道风扇同时受到旋翼尾流和前方来流的共同作用,流场十分复杂,给该升力系统气动力的分析与预估带来很大困难。本文提出了一种确定旋翼/涵道/风扇组合升力系统气动力的理论分析方法,并通过理论与实验结果的比较,验证本文所述理论方法的有效性。

风扇翼型气动性能的实验研究

在西北工业大学NF-3风洞二元实验段内对两种风扇翼型的气动性能进行了对比实验研究,实验采用表面测压和尾排型阻测量技术。结果表明:在风扇的工作范围内,新设计的风扇翼型的升阻比要比传统的风扇翼型增大20%左右;通过两翼型翼面弦向压力分布特性的比较,可以推知,前者的气动噪声将会比后者小。

轴流式风机叶片用的高性能新翼型的试验研究

针对常用的轴流式风机，用计算流体力学（ＣＦＤ）方法设计了７个高性能翼型，对其中３个进行了风洞试验，同时还选用风机原来经常采用的两个已有翼型ＣＬＡＲＫ－Ｙ和ＲＡＦ－６Ｅ进行对比试验。试验表明，新设计的翼型，其气动性能（升阻比）高于对应的这两个翼型。因此，新翼型可供风机设计时采用，预计可以提高风机效率，节约能耗．

非线性动态逆控制律在ASTOVL升力风扇 飞机侧向控制中的应用

对ＡＳＴＯＶＬ升力风扇飞机的侧向控制进行了研究，采用非线性动态逆控制律设计控制器，使复杂非线性强耦合的滚转、偏航、侧滑以及侧向速度等实现了线性化对消及解耦，从而使驾驶员易于操纵，进而可减少事故率。并对其进行了仿真，结果验证了其正确性和有效性。