关于前掠翼诱导阻力特性的分析

前掠翼是飞行器布局的形式之一,关于前掠翼诱导阻力气动特性问题,已有的文献中给出了让人产生混淆的认识。为了澄清关于前掠翼诱导阻力问题的概念,分别采用非线性升力面、升力线和高精度求解欧拉方程的方法计算和分析前掠翼诱导阻力特性,与对应的后掠翼、直机翼进行对比,并对前掠翼的优点进行简要梳理。结果表明:前掠翼诱导阻力比后掠翼小的认知是存在问题的,即使在势流理论的框架下,前掠翼的诱导阻力也比后掠翼大。

大长径比变后掠翼导弹的颤振特性分析

为了增大导弹的内部空间,同时减小空气阻力,导弹外形日益趋于大长径比机构,而这样的设计易造成导弹低频颤振等明显的气动弹性问题。为解决上述问题,可通过调节导弹的气动外形,改变系统气动特性,达到抑制颤振的作用。针对变体飞行器技术之一的变后掠翼展开研究,围绕大长径比导弹的颤振问题,揭示飞行速度对导弹飞行时颤振特性的影响规律,而后验证通过改变导弹后掠角主动抑制导弹颤振方法的可行性,为解决导弹的颤振问题提供理论支撑。

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。

可变后掠翼机构设计与运动特性分析

通过建立一种可变后掠翼结构,采用预紧力扭簧作为展开动力,并结合电磁销锁紧、挡块机构缓冲、圆盘和弹簧销实现后续连杆机构的变后掠过程。该串联翼结构能在发射箱内实现机翼的瞬间展开和后续稳定变后掠飞行。通过理论计算验证了整体结构的可行性,扭簧逆推线径在3.019~5.000 mm范围内。运动仿真模拟结果显示,在0.1 s内机翼展开到指定位置时,扭簧最佳预紧力为205 N,上翼前缘最大速度达27.9142 m/s,最大加速度为20843.9513 m/s2,最危险点发生在0.1000 s,整个展开过程在0.9300 s停止。根据这项研究,这种结构在导弹的发射和飞行方面具有实际应用潜力,可以在现有技术的基础上明显提升储运效率,并增强其适应复杂飞行环境的能力。

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。

变着花样飞——VF-0变后掠翼战斗机

舱门缓缓关闭,升降机缓缓爬升,阳光斜射在画面中那架变后掠翼战斗机上,坚固的机身迎风而上:冷白色的机身反射出太阳的光芒,非常耀眼;流线型的机头,看起来坚固得像是个可信的朋友;高透的机舱盖像是锐利的眼睛;变后掠翼机动灵活,像是雄鹰的双翼。

变着花样飞——VF-1变后掠翼战斗机

这个世界本没有路,走的人多了,也就成了路。人类对航空航天的探索不仅存在于现实中,也存在于想象中——现有的科学技术与天马行空的想象相结合,便成就了经典的科幻作品。动画片《太空堡垒》中让人热血沸腾的变形战斗机VF-0,让我们初步了解了变后掠翼机型。本期我们试着改进方法,折叠出稳定性更高、细节更丰富、可玩性更强的进阶版VF-1纸飞机。

边条/鸭翼对前掠翼和后掠翼气动特性的影响

为分析前掠翼气动布局设计在航空工业中无法得到推广运用的原因,将前掠翼和后掠翼通过加装边条和鸭翼形成简化的边条翼布局、鸭式布局和边条/鸭式布局,从而深入认识前掠翼和后掠翼两种不同布局之间的流动特点以及涡系干扰机理。首先进行算例数值计算,通过对比分析计算结果与试验数据,验证了数值计算方法的可靠性和准确性;然后对不同布局进行数值计算,得到各布局的升力系数曲线;最后通过压力分布云图和流线图对各布局中复杂涡系的干扰机理进行分析。结果表明:基于后掠机翼形成的边条翼布局、鸭式布局和边条/鸭式布局中的涡系之间通过诱导和卷绕作用,涡系相互增强,大幅提高了布局的升力系数并推迟失速迎角,同时加装边条和鸭翼效果更加明显;基于前掠机翼形成的边条翼布局、鸭式布局和边条/鸭式布局中的涡系之间不存在卷绕作用,涡系之间存在碰撞挤压的不利干扰,这使得前掠翼布局在大迎角时的升力系数远远低于相应的后掠翼布局。前掠翼气动布局中的机翼前缘涡在大迎角时无法同鸭翼涡和边条涡相互耦合增强,不能充分地利用非线性升力,这是前掠翼气动布局设计中的一些不足。

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 。

变后掠翼航弹滑翔弹道优化设计

为增强变后掠翼航弹的滑翔能力,研究了一种变后掠翼航弹的滑翔弹道优化设计问题.分析了变后掠翼航弹的气动特性,将弹道优化问题转化为最优控制问题,利用最小值原理,推导了滑翔段飞行距离最大的必要条件,在此基础上采用粒子群算法对攻角及后掠角进行寻优,形成了一种基于攻角与后掠角双变量控制的弹道优化设计方法.数值仿真算例表明,在满足状态方程约束的条件下,双变量比固定外形和常规单变量控制的航弹射程显著提高,寻优结果符合气动特性分布规律,通过最优控制和粒子群算法优化弹道的方法是可行的.

基于升华法实验研究后掠翼三维边界层的转捩

在西北工业大学的低湍流度风洞,采用升华法研究不同雷诺数下后掠翼上表面的转捩现象。实验发现雷诺数较低时,后掠翼上的转捩由流向不稳定触发,转捩位置在最小压力点之后,转捩分界为一条直线;当雷诺数足够大时,转捩由横流驻波不稳定触发,转捩提前到最小压力点之前,转捩分界呈现尖楔形状。该结果表明升华法不但能够较准确地分辨出后掠翼上的转捩位置,还能够区分不同的转捩机理,判断转捩是由流向不稳定还是横流驻波不稳定触发。此外,实验中还发现在横流驻波不稳定增长较大时,升华法能够提供转捩上游区域边界层内的横流不稳定信息;当横流驻波不稳定进一步增强时,该不稳定受模型表面粗糙度的影响较大,萘的喷涂有可能会影响到升华法的结果。

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。

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。

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。

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。

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。

变后掠翼制导炸弹滑翔弹道优化设计

为了探究影响变后掠翼制导炸弹滑翔增程能力的主要因素,采用粒子群优化算法分别对亚、跨、超三种投放条件下的滑翔弹道进行优化设计。固定外形与变后掠外形的优化对比结果表明:在超音速投放条件下采用变后掠翼外形具有明显增程效果,在亚音速投放条件下采用变后掠翼外形增程效果不明显。研究结果可为变后掠翼制导炸弹的总体设计提供参考。

远程变后掠翼巡航导弹多任务弹道设计及仿真

为研究适配变后掠翼巡航导弹多任务飞行的弹道设计问题,将导弹飞行过程分为爬升、巡航、下滑、盘旋和攻击5个飞行阶段。为了使导弹实现快速平稳的爬升和下滑,并顺利地转入巡航和盘旋阶段,弹道高度采用指数形式的程序飞行高度指令函数,并根据导弹运动方程,解析出高度指令函数关键参数的选择公式;盘旋段采用覆盖作战区域的圆形弹道,偏航过载指令由与作战区域面积相关弹道曲率得出;巡航段采用等高飞行直线弹道,攻击段采用自动寻的导引。弹道仿真结果表明,所设计的多任务弹道及指令合理,满足多任务飞行和高精度制导要求。