分布式动力翼-诱导翼面推进-气动耦合模型

针对分布式动力垂直起降飞行器,提出了综合理论模型和工程经验假设的分布式动力翼-诱导翼面布局的推进-气动耦合模型,实现了对垂起-过渡-巡航全飞行包线内分布式动力翼-诱导翼面气动性能的实时快速计算。结合涵道流场模型和涵道推力增强系数发展了涵道喷流速度的快速计算方法,针对有/无动力输入状态完成了基于动量理论的推进-气动耦合模型推导,进行了推进-气动耦合模型特性分析,并开展了典型飞行工况下的CFD仿真校验与分析。结果表明,所建立的分布式动力翼-诱导翼面的推进-气动耦合模型具有较高精度,计算速度很快,能够满足动力学系统分析和飞行控制系统设计时的实时计算需求。

考虑气动—推进—弹性耦合的高超声速飞行器面向控制建模与分析

针对高超声速飞行器机身极易发生弹性振动,模型具有非线性、强耦合及不确定性等特点,提出了考虑气动—推进—弹性耦合的综合建模方法。首先,利用假设模态法计算弹性模态及弹性振动效应,采用斜激波和普朗特—迈耶流理论、Eckert参考温度法及一维可压缩流关系式估算气动力、俯仰力矩及推力,考虑气流黏性及机身弹性变形影响,加入了黏性及弹性振动效应,更接近于真实物理特性;然后分析了弹性振动引起的机体变形角及机身表面流体特性;并基于机理推导所获取的气动数据,利用曲线拟合方法,建立了考虑气动—推进—弹性耦合的高超声速飞行器面向控制模型。气动和动态特性分析结果表明,弹性振动改变了飞行器弹性模态及气动布局,面向控制模型降低了模型复杂度,并保留了机理模型的物理耦合特性及非最小相位现象。

考虑气推耦合的三维高超声速飞行器建模

针对一类三维高超声速飞行器几何构型,考虑气动和推进系统之间的耦合效应,采用机理分析法,建立了三维飞行器机理模型。首先,采用牛顿定律,给出高超声速飞行器的六自由度运动方程;其次,利用斜激波和Prandtl-Meyer膨胀波理论,计算飞行器机身各表面及控制面的压强,并基于飞行器的几何构型,考虑飞行器横截面的变化,采用微元法,估算了机身前体、发动机和后体等3部分受力;最后,在一定的气动条件下,对飞行器机理模型线性化,气动和动态特性仿真分析表明,所建立的模型能够体现气动与推进系统的耦合,模型的横向和侧向都是不稳定的,且具有非最小相位现象。

分布式电推进飞机气动-推进耦合特性地面试验

在绿色航空的研究中,分布式电推进(DEP)飞机因其在推进系统的高能量效率展现出巨大的应用潜力。但与传统推进方式的飞机相比,分布式电推进飞机在飞行时存在较强的气动-推进耦合现象。为探究分布式电推进飞机动力系统特性与气动-推进的耦合特性,设计了一套低成本的分布式电推进飞机气动-推进系统地面测试平台,通过地面试验,首先对动力系统的性能开展评估,随后通过地面试验结合数值模拟的方法对分布式电推进技术验证机的气动性能及其气动-推力耦合关系开展了研究。结果表明:涵道对边界层的抽吸效应使得上翼面的气流加速,导致上下翼面形成更大的压强差,使得升力增加;而升力增加引起的气动焦点后移现象,需要引起重视。研究结果为分布式电推进飞机的总体设计提供了参考。

矢量电推进系统的气动-推进耦合模型

提出了一种适用于矢量电推进系统的气动-推进耦合模型,旨在通过结合理论模型与工程经验模型,实现对矢量电推进系统气动与推进性能的实时快速评估。为了准确描述系统的气动-推进耦合效应,首先,结合涵道推进增强系数公式与工程经验模型,建立涵道推进模型;紧接着建立了涵道气动模型,并基于推进效应影响完成了模型修正;然后,分析了涵道气流抽吸效应对机翼的影响,根据涵道是否倾转分别进行了讨论,完成了耦合推进系统的机翼增升模型的建立;最后,将所有模型统一至机体坐标系下,得到矢量电推进系统的气动-推进耦合模型,并依据CFD仿真计算进行了模型验证与分析。结果表明:所提出的气动-推进耦合模型可以准确描述涵道增推与机翼增升效应,能在极快的运算速度下保持较高精度,满足动力学系统与飞行控制系统的实时计算要求。