前掠翼变掠角电推机构的设计与仿真

基于偏置滑块摇杆机构原理采用电动推杆为驱动件,设计了一种小型无人机机翼前掠角连续改变并定位的变动机构方案。分析驱动件在机构运行过程中的受力并建立数学模型,改变电动机构几何参数优化设计机构。应用Adams软件对机构进行运动学仿真,获得了电推机构的运动特性变化曲线。研究表明变动机构设计方案可行,2s内能够完成前掠角超过30°的连续变动且变动较平稳,可以满足飞行中机翼前掠角的变化需求。

叶片前缘前掠对离心压气机性能的影响

为了研究叶片前缘倾掠对离心压气机性能及稳定工况范围的影响,在叶片前缘处沿子午面弦长方向进行前缘前掠,前掠角分别为5°,10°和15°,实现了3种不同前掠角的叶片前缘前掠叶形。仿真后处理分析表明:前缘前掠叶形可提高压气机最高等熵效率和压比,并且可提高其流量范围;在前缘前掠的基础上进行自由掠叶形设计,自由掠叶形表现出更高的等熵效率和压比,且自由掠叶形可降低叶轮进口处的激波强度,减少激波损失。经过台架试验验证后发现,自由掠叶形与无掠叶形相比等熵效率和压比均得到有效提升,且流量范围也得到了提升。

氦低温离心式冷压机前掠叶型的流动特征分析

通过对氦低温离心式冷压机气动设计特点进行分析总结,开展了离心叶轮前掠叶型对氦低温冷压机特性影响的数值仿真探究工作,详细阐明了前掠叶型对冷压机特性的影响规律和其内部流动特征,研究结果表明:氦低温冷压机的气动设计具备3大主要特点,热负荷波动下的宽工作裕度、小尺寸效应下的高效增压、极低温区的小误差设计与仿真。前掠叶型实现了冷压机工作裕度6%的拓宽,兼具效率和压比的增益效果。其流场呈现激波和泄漏涡初始形成位置相对提前的特征,使得激波和二次流涡团所产生的损失效应在下游流道中强度梯度降低。另一方面,前掠叶型可有效提升冷压机的压比和稳定工作范围,削弱通道内部不稳定流动状态。在氦低温离心式增压叶轮设计领域,是一种气动优化、改进抽吸增压特性的有效手段。

叶片前缘曲线相对前掠对风扇效率的影响

以NASA67风扇叶片为例,通过流场的三维数值模拟,研究了前缘曲线不同掠弯程度对风扇效率的影响。

双直滑轨式变前掠翼机构设计方案与仿真

研究变前掠翼飞机的翼身连动机构设计优化问题,以实现变体飞机在平直翼、前掠翼和三角翼之间自由切换。针对翼身连动机构结构复杂、稳定性差和不易控制等难题,提出了一种双直滑轨式变前掠翼身连动机构设计方案。首先,从原理上对该设计方案进行了总体概述,分析了飞机的变掠过程;其次,分析了机构中滑块的极限位置,确定了机翼前缘前掠角与主动滑块的位置之间的关系;最后,建立了数学模型,并进行了公式运算和滑块运动规律仿真。仿真结果表明:翼身连动机构设计方案可以使机翼前掠角在0*到90*之间自由变化,满足了变前掠翼飞机的变掠要求。

机翼前掠过程气动中心变化规律

基于一种滑轨式变前掠翼布局飞行器,采用三维N-S控制方程的有限体积法离散格式,对不同状态下飞行器的气动中心进行数值计算,得到了变前掠翼布局飞行器气动中心的位置。在相同马赫数下,总结了变前掠翼布局飞行器气动中心随前掠角的变化规律;在相同前掠角下,总结了变前掠翼布局飞行器气动中心随马赫数的变化规律。通过机体表面压力云图以及机翼截面压力系数分布图,分析了变前掠翼布局飞行器气动载荷分布,总结了引起气动中心变化的原因。结果表明:在相同马赫数下,气动中心随前掠角的增大,先少量后移再较大前移;在相同前掠角下,随着飞行马赫数的增大,气动中心均向后移动,移动量在可接受范围内;选取合适的任务模式,可使气动中心仅在小范围移动。

鸭翼-前掠翼气动布局纵向气动特性实验研究

前掠翼布局由于其潜在的优势,在未来战斗机的研制中将占有日益重要的地位。本实验通过可变前掠翼和鸭式前翼布局的风洞测力实验,重点分析比较了平板机翼在不同掠角下的纵向气动性能以及鸭翼的影响。实验结果表明,前掠翼在大迎角时能有效提高模型的升力系数,小迎角时其升阻比也略优于后掠翼。前掠翼布局能有效推迟失速,具有良好的失速特性;前掠角较大时,升力系数曲线在失速迎角附近有一个升力系数的"平台",该布局具有"缓失速"特性。距离主机翼较远的鸭式前翼(模型M2)在主机翼前掠和后掠情况下,均可改善整体布局的失速特性,增大失速迎角,增强前掠翼布局缓失速的特点。近距耦合鸭翼(模型M3)显著提高了模型在大迎角下的升力系数。另外,主翼前掠和鸭式前翼布局飞行器具有较好的机动性。

柔性复合材料前掠翼飞机静气动弹性分析

本文作者计算分析的是柔性复合材料前掠翼概念机的静气动弹性特性。文中作者利用 NASTRAN计算了单独机翼的发散速度 ,并重点计算和分析了该机在亚音速情况下 ,飞行载荷和纵向静稳定性、操纵性导数分别随马赫数和动压变化的曲线。通过对比分析可以看出 :(1)相同高度下 ,随着马赫数的增加 ,刚体纵向静稳定性、操纵性导数和弹性纵向静稳定性、操纵性导数分别呈不同的变化趋势 ,且某些变化相差甚大 ;机翼剪力、弯矩和扭矩随翼展变化的曲线中 ,刚体部分所占的比例不断减小 ,弹性部分所占的比例不断增加 ;机翼的最大垂直挠度 (在翼尖前缘处 )和最大扭角 (在翼尖处 )略有增加。 (2 )相同马赫数下 ,随着动压的不断增加 ,刚体纵向静稳定性、操纵性导数保持不变 ,弹性纵向静稳定性、操纵性导数呈线性变化 ;机翼剪力、弯矩和扭矩随翼展变化的曲线中 ,也同样是刚体部分所占的比例不断减小 ,弹性部分所占的比例不断增加 ;机翼的最大垂直挠度 (在翼尖前缘处 )和最大扭角 (在翼尖处 )略有增加。 (3)使用复合材料剪裁技术可以适当减小机翼内洗 ,从而提高发散速度 。

前掠翼与后掠翼布局流动机理的数值研究

采用三维N-S控制方程和标准k-ε模型,计算了前掠翼和后掠翼模型的气动特性,比较了各自的优势和不足,并通过流场显示分析了其流动机理。研究结果表明:小迎角下后掠翼的升力系数较高,大迎角下前掠翼的失速性能较好,其根源是展向速度的方向相反。后掠翼过早的翼尖失速是导致失速迎角较小的原因。而前掠翼之所以具有良好的大迎角性能,是由于其机翼根侧缘涡和翼尖前缘涡相互作用,对机翼产生上吸力,带来涡升力并且增强了对机翼表面流动的控制能力。前掠翼的流动机理可为先进飞机布局的设计提供理论依据。

前掠翼与平直翼布局气动特性的比较分析

基于ANSYS 11.0的计算流体力学模块CFX,选取Reynolds平均的三维N-S方程及SST涡粘湍流模型,采用数值计算和流场可视化分析方法,对变前掠翼布局在低速起飞/着陆及高跨音速作战使用状态的气动性能进行了计算。着重对前掠翼与平直翼布局气动特性和流动机理进行了比较,通过对涡结构的分析发现,机翼前掠使得机翼前缘涡和鸭翼机身涡呈"V"字型靠近并相互加强,从而诱导出了二次涡,大大提高了对翼面气流分离的控制能力,验证了增大升力系数和失速迎角的机理。计算结果表明变前掠翼布局设计合理。

变前掠翼气动布局纵向性能研究

发展和改进了一种变前掠翼气动布局及其设计思想,设计了集战斗和轰炸于一体的通用任务模式,并根据设计指标和翼身融合技术初步设计了变翼几何外形。采用N-S方程计算了该几何外形不同构型的纵向气动性能,分析了机翼前掠角对不同任务模式下纵向气动性能的影响。结果表明,变前掠翼气动布局可通过改变机翼前掠角来获取最佳纵向气动性能。

变前掠翼布局气动特性及流动机理研究

基于N-S控制方程和流场数值计算方法,研究了变前掠翼布局的气动特性和流动机理。低亚声速下,平直翼构型展弦比最大,因而最高的气动效率,适合起飞和着陆;跨声速时,前掠翼构型均有很好的低阻和失速特性,适合巡航或机动;超声速时,三角翼构型的零升阻力和激波阻力最小,可用于高速突防或逃逸。本文研究结果可为多功能战斗机的气动布局设计提供参考。

近距鸭翼高度对鸭翼-前掠翼布局纵向气动特性影响的实验研究

前掠翼布局由于其潜在的优越性,在未来战斗机的研究设计中将占有日益重要的地位。本文通过风洞测力实验,研究了近距鸭翼相对于前掠主机翼的高度对布局纵向气动性能的影响。实验结果表明:随着主机翼前掠角的增大,近距鸭翼布置高度逐渐增加可获得较好的气动特性。

动叶前掠角与小型轴流风扇气动性能的关系

对某小型轴流风扇原型、前掠10°、前掠20°和前掠30°改型风扇的三维流场进行了数值模拟,重点研究了动叶前掠角与风扇气动性能的关系.结果表明:当前掠角增大到一定范围后,前掠动叶对风扇的全压和效率有提升作用,尤其在设计流量以下的区域,前掠20°风扇使风扇的全压和效率提高了约10%和6%;从叶片表面的静压分布看,前掠动叶加大了上半叶高的载荷分布,增强了叶片的做功能力;前掠设计可以减少叶顶的湍动能,减少间隙流动损失.

变前掠翼无人机气动特性和动力学建模与仿真

在无人机空中气动特性优化建模问题的研究中,变前掠翼无人机具有很复杂的动力学特性,由于存在固有的气动弹性发散和变体过程强气动耦合以及力学环境的诸多不确定因素,使得无人机本身的动态特性相当复杂,而利用经典牛顿力学对单一刚体建模难以清楚反映变体飞行过程的动态响应。在介绍变前掠翼布局无人机动特性的基础上,对无人机机翼变掠过程的5种典型构型的气动性能进行了数值计算,为分析动力学特性提供依据;采用Kane方法建立了机翼前掠过程中多体动力学系统的数学模型,推导了六自由度非线性动力学方程,得到了简化解耦后的纵向动力学方程并进行了仿真验证,结果表明系统是稳定的,可为变前掠翼布局飞行器的动力学分析和飞行控制系统的设计提供参考。

带前体压缩的前掠侧压式进气道实验及数值研究

为提高侧压式进气道流量系数,设计了一种前机身顶压与侧压相结合的前掠侧压式进气道,在马赫5.3小高超风洞中完成吹风实验,并用FLUENT软件对进气道流场进行了数值模拟,分析了主要流动特征,获得了进气道基本性能。实验结果表明,马赫5.3设计状态下,这种前掠侧压式进气道的流量系数可以达到0.85以上,比一般后掠进气道提高20%左右。通过数值及实验研究发现,进气道下游隔离段内由于上下壁面的巨大压差导致顶板对称面两侧出现对涡,涡面将隔离段内的流动分为高速高能区与低速低能区两种流动。

展向动量测定法与前掠翼流动机理研究

为揭示前掠翼与后掠翼的流动差异,研究前掠翼流动的特点和机理,设计了可进行直接比较的具有相同翼型剖面、相同展弦比、无根梢比的前掠45°(Λ=-45°)与后掠45°(Λ=45°)机翼模型,采用基于雷诺平均N-S方程流场求解器对前掠和后掠翼低速纵向气动性能进行数值模拟计算,并提出了展向动量测定法前掠翼流动机理进行了深入分析,研究结果表明:1)前掠翼展向动量输运使得升力向翼根汇聚,前掠翼展向升力分布更接近于椭圆分布,致使前掠翼诱导阻力更小;2)黏性对前掠翼的流场计算影响很大,文献中基于势流理论得到前掠翼比后掠翼气动性能好的结果是不准确的;3)在小迎角时,前掠翼气动效率与后掠翼相当,仅在最大升阻比迎角时前掠翼优于后掠翼,中等迎角下前掠翼翼根分离导致气动效率下降,但前掠翼具有更好的大迎角失速特性,有利于前掠翼大迎角飞行;4)相同总升力的情况下,前掠翼的翼根弯矩只有后掠翼的翼根弯矩的89.4%,采用前掠翼更有利于减轻机翼的结构重量。

对变前掠翼布局隐身特性的数值分析

针对变前掠翼布局设计,给出在鸭翼与机头连接处略有不同的2种方案。气动计算表明:在对变前掠翼布局的作战使用中将三角翼用以突防是合理的,且鸭翼与机头融为一体的尖前缘设计方案更优。对2种方案三角翼布局的双站雷达散射特性计算表明:在大部分方位角内其雷达散射截面都处于0 dBm2以下,且波峰波瓣很窄,不易被雷达发现和连续跟踪。相比较而言,尖前缘的设计方案其隐身特性仍然较优。因而在对变前掠翼布局设计时,宜采用将鸭翼前缘与机头前缘融为一体的设计方案。

变前掠翼无人机翼身连动机构设计

针对变前掠翼无人机设计了一种翼身连动机构,使无人机能够根据任务需求,在直机翼、前掠翼、三角翼之间进行气动布局转换,从而在整个任务飞行过程都能达到性能最佳。该连动机构为一环形卡槽式结构,在连接翼梁的卡槽两端布置有4个油腔,通过电磁活门控制高压油液驱动翼梁旋转,从而完成机翼的转换。该结构使翼升力在翼根的应力集中通过环形槽两侧的作用点被分散,避免了因翼根加固所导致的结构增重。

前掠翼气动布局中鸭翼高度影响的实验

基于前掠翼-鸭式前翼布局的风洞测力实验,分析了距离主机翼较远的鸭翼相对于主机翼的高度对布局纵向气动性能的影响.基于主机翼根弦长的雷诺数约为1.44×105.实验结果表明,较大的主机翼前掠角与较低的鸭翼配合,产生的升力系数增量比较显著.低于主机翼的鸭翼将加强前掠翼布局的缓失速特性.鸭翼增大升力的同时也增大了阻力;大攻角时,鸭翼带来的阻力增量较大.高于主机翼的鸭翼对最大升阻比的改善较多,但也不宜过高.主机翼前掠角较小时,鸭翼改善和提高升阻比的效果比较明显.