先进复合材料在未来飞行器中的应用

复合材料在飞行器结构中的用量已经成为航空航天结构的先进性标志之一,其优越的综合性能非常适应未来飞行器的发展趋势。文章概述了先进复合材料在航空航天结构应用中的主要发展历程,结合未来飞行器的发展趋势,预测了先进复合材料在未来飞行器运用中可能带来的新挑战新机遇。

基于虚拟仿真研究的未来飞行器开发设计

将虚拟仿真理念引入到未来飞行器产品设计中,并探索未来飞行器产品的发展方向。具体而明确地指出将虚拟仿真理念应用于产品设计的研究思路、研究方法、技术路线和实施步骤等整个产品设计过程,为未来飞行器产品设计提供新思路和新方法。

飞翼概念设计的广义参数定义及其性能验算

提出基于飞机传统部件设计参数的广义参数概念,描述未来飞行器概念外形,并通过初步的性能验算公式体系验证其合理、有效性。外形广义参数的探讨是为实现未来飞行器概念外形创新设计进行的一种有益尝试。以飞翼布局在民用运输机中的应用为例,在巡航马赫为0.85的设计点下,采用广义参数设计体系进行飞翼布局外形概念设计,在概念设计中实现广义参数定义飞翼外形,完成飞翼的初步选型。对该外形在应用中的性能结果进行分析,着重体现升阻比及容积率两项重要性能指标,方案设计中,在容积率损失相对不大的情况下实现了飞翼的高升阻比。

基于高精度回归共振的掩星观测轨道设计

基于遥感卫星的掩星观测技术被广泛用于地球大气中的温室气体浓度监测。与传统光学观测不同,掩星观测需由“信源星”和“观测星”协作、在满足严格观测几何约束下才能完成,这使得掩星观测的轨道设计问题更加困难。为提升掩星观测能力,提出一种基于高精度回归共振的掩星观测轨道设计方法。首先,将掩星观测几何约束从切点高度约束等价转化为地心夹角约束,实现对任意轨道构型下连续掩星观测弧段和覆盖能力的快速评估。然后,利用回归和共振轨道特性,建立了大样本的“信源-观测”轨道构型库,为掩星观测轨道设计提供基础解集。最后,以对主要碳排放区域的覆盖能力作为主要性能指标进行寻优,并利用微分修正构造J2摄动下的高精度回归共振观测构型,完成掩星观测信源星和观测星的轨道设计。结果表明:所给高精度回归共振掩星观测轨道构型,不仅保证了周期性长弧段的掩星观测,还实现了观测几何的长期稳定保持。所提方法成功用于第8届中国研究生未来飞行器创新大赛“碳卫星大气观测轨道设计与优化”挑战赛,并摘得了该赛事的冠军。

一种高升阻比非常规翼身融合燕尾气动布局

未来高性能先进飞行器研发不仅对升阻比、最大升力系数等气动性能大幅提升提出了迫切需求,还面临更为严苛的总体/结构/隐身/飞控等各专业设计约束和要求。从飞行器平台总体顶层设计角度和工程应用背景出发,基于大有效容积隐身机身和高升力大展弦比隐身自然层流机翼,结合同时对机身/机翼、后体/燕尾进行几何和气动高效一体化融合等设计思想,开展了一种高升阻比非常规翼身融合燕尾气动布局设计优化与性能测试研究。CFD计算和风洞试验结果表明设计方案在马赫数0.194、雷诺数5.2×105工况下最大升阻比约31.2,气动性能较为优异,同时基本纵向/横航向气动特性以及燕尾舵效等可满足飞控需求;红外转捩测量试验结果显示其自由转捩位置与层流翼型/机翼气动计算结果符合较好;表面流动分离丝线试验结果显示燕尾受到机翼下洗影响较为显著,后续可进一步开展深入研究。