先进飞行器雷诺数效应若干研究进展及展望

雷诺数效应对先进飞行器气动特性预测至关重要,其影响着飞行器飞行性能、研制成本和安全。本文深入探讨了3个核心问题:首先,介绍了不同研究手段在探索雷诺数效应上的优势和局限,特别强调大型低温风洞是获取真实飞行雷诺数气动特性数据的有效途径;其次,详细分析了大飞机等先进飞行器在高雷诺数下呈现的复杂流动现象及其对气动特性的影响,如多段翼型的缝道流动、超临界翼型的激波/边界层干扰、飞行器的过失速机动特性以及飞翼布局飞行器的进气道性能等,并揭示了高雷诺数效应的非线性和复杂性;最后,探讨了修正雷诺数效应的方法,强调了融合风洞试验、数值计算和飞行试验数据的重要性,通过分析现有修正模型的适用范围和局限性,提出了发展更完善的修正模型和算法的建议。文章还对雷诺数效应的未来研究方向进行了研判和展望。

小车式起落架地面载荷与漂浮性分析

飞机起落架与道面的相容性对飞机的地面运动能力具有重要影响。针对某大型飞机计算不同工况下其起落架载荷及轮胎载荷分配,采用基于韦斯特加德层板理论的波特兰水泥协会法和基于加利福尼亚承载比的美国陆军工程兵团方法,计算不同着陆工况、地面机动工况、轮胎数量、轮胎泄气工况、轮胎间距对飞机等级数的影响,分析刚性道面和柔性道面下的飞机漂浮性。结果表明:垂直过载和机轮泄气带来的轮胎载荷增大与载荷分配不均,都会在不同程度上减弱飞机的漂浮性,尤其是转弯和机尾下沉着陆工况需要予以限制;轮胎数量和轮胎间距的增加可以改善漂浮性,需同时考虑结构设计、强度裕度等来优化设计小车式起落架构造。

考虑模态转换的组合动力飞机任务性能快速评估方法

工作在较宽飞行范围的高马赫数组合动力飞机,其动力性能受到飞行条件/飞行姿态以及模态转换的影响,并进一步影响其飞行任务性能。为尽可能真实并快速地评估组合动力飞机的飞行任务性能,提出了一种考虑模态转换的组合动力飞机任务性能快速评估方法,并量化研究了不同飞行轨迹、不同模态转换区间对飞行任务性能的影响。首先建立了高马赫数飞机的飞行动力学模型,将飞行姿态考虑进任务分析中;随后建立了组合动力的非安装及安装性能计算模型,飞行轨迹中可实时模拟动力装置的性能;最后建立了模态转换模拟模型,可分析模态转换过程对飞行任务性能的影响。结果表明:该文研究的飞行马赫数为5的组合动力飞机,巡航高度由海拔20 km升高至27 km,巡航距离增加18.3%,总航程增加21.9%;将模态转换马赫数区间由低马赫数2~2.3向高马赫数2.2~2.5范围移动,爬升加速段距离增加8.4%,爬升加速时间增加5.8%。

我国民航客运碳排放因子及影响因素研究

针对民航碳排放问题,对民航客运碳排放影响因素进行研究,构建飞机碳排放因子模型,选取保有量较高的典型机型进行实证研究,分析机型大小、航程、客座率、经停次数对碳排放因子的影响.研究结果表明:飞行器技术提升、客座率、平均运距、大型飞机的比例上升,我国民航客运碳排放因子呈下降趋势;仅改变航程时,碳排放因子随航程增加而下降,2 000 km航程下典型机型A330、B787、A321、B737满载且以额定巡航速度飞行的碳排放因子较800 km下降13%~22%;仅改变经停次数时,碳排放因子随经停次数增加而增大,且大型飞机经停的碳排放因子增幅更大,1 000 km航程下,A330、A321满载时经停1次碳排放因子较直达时分别增加约31%、19%;经停导致的碳排放因子上升可由经停带来的客座率提升抵消,为保持碳排放因子保持不变,大型飞机所需客座率上升的比例更高,1 500 km航程下,直达航班客座率为50%时,A330、A321机型经停1次的客座率需要分别达到62.1%、57.7%,才能使经停航班的碳排放因子与直达航班保持一致;从碳排放角度考虑,中型客机比大型客机更适合开行经停航班.

舰载全自动挂弹车定位系统设计与实现

论文以图像识别技术和飞机全自动挂弹任务为应用背景,设计了一型基于OpenMV图像识别功能的舰载全自动挂弹定位系统。以OpenMV图像识别平台作为挂弹小车的机器视觉平台,通过阈值编辑器标定目标图形的颜色阈值,提取目标图形的中心坐标、距离等信息,然后将一系列动作指令发送给Arduino Mega 2560,从而驱动各个执行机构实现挂弹平台前进、后退、原地旋转、倾转、升降、夹取等功能,并创新地使用了双向通信功能,使得OpenMV与Arduino Mega2560进行数据交换,确保挂弹平台能够准确、高效地将导弹挂装至飞机机翼下方挂弹架上,实现全自动挂弹功能,同时该系统还设计了基本的LED人机交互功能,能够让操作人员清晰直观地观察到系统运行状态。该系统在大型舰船飞机挂弹任务保障场景中有较大的应用价值。

高超声速风洞马赫数4.5喷管气动设计和数值验证

常规跨超声速风洞进行马赫数4.5试验时,常常伴有空气液化现象,造成试验数据可信度低,在高超声速风洞研制马赫数4.5喷管,具有对气流加热的能力,可以提供更加准确的试验数据。目前国内0.5 m量级高超声速风洞还不具备马赫数4.5的试验能力。通过无黏流计算方法计算轴对称喷管型面,并采用Sivells-Payne方法进行附面层修正,然后进行数值验证,证明了计算出的型面满足国军标对马赫数的设计要求,可以投入加工生产。

复杂维修场景下飞机机号的定位识别方法

针对在复杂维修场景下飞机数量较多且体积庞大,无法实现准确高效的识别跟踪目标飞机的问题,提出基于YOLOv4目标检测的飞机机号识别算法,该方法首先利用YOLOv4检测算法获得飞机机型和预测框图像信息,然后通过图像处理算法实现飞机骨架细化,并依据机型获取飞机机号位置信息,最后利用OCR(optical character recognition)识别出目标飞机机号信息。实验结果证明,该算法实现了对飞机机号的识别,准确率为75%,帧率为30帧,可达到实时性的目的。

西北地区气溶胶垂直分布及其对云微物理影响的飞机观测个例研究

气溶胶分布及其影响云微物理过程对地气系统的辐射平衡及区域乃至全球水循环产生复杂影响,也是气溶胶间接效应关注的热点和重点。利用2021年9月3日在西北地区开展的气溶胶和云的飞机观测个例资料,分析了气溶胶垂直分布及气溶胶与CCN、云滴浓度的关系。结果表明:(1)气溶胶数浓度垂直变化为四层,各层间气溶胶数浓度、有效直径、尺度谱分布均存在明显不同,大气逆温层结对气溶胶垂直分布有重要影响;近地层气溶胶数浓度可达8183.2 cm^(-3)。(2)垂直方向上CCN与气溶胶数浓度之间有较好的线性正相关性。气溶胶活化比率(CCN/Na)较低,低于0.5,气溶胶尺度越大、浓度越低越容易活化成为CCN。(3)对空中CCN的活化谱进行拟合表明西北地区属于清洁大陆型核谱。(4)同高度云内气溶胶数浓度与云滴数浓度和LWC之间有很强的负相关性,相比云外,云内气溶胶浓度明显降低,气溶胶谱增宽,云滴数浓度和LWC均增加,有效直径增大,云侧边界受夹卷混合过程和云滴未过饱和蒸发的影响导致气溶胶数浓度增加和有效直径增大。(5)云下气溶胶与云滴数浓度之间为线性正相关关系,气溶胶转化为云滴的比率为35%;过饱和度0.6%条件下,云下CCN与云滴数浓度之间为线性正相关关系,CCN转化为云滴的比率为38%。

航线联营下基于转运的飞机航线路径优化

为解决航空运输成本高,运输资源闲置、浪费多的问题,对航线联营下基于转运的飞机航线路径优化问题进行研究。基于货物转运问题,考虑联盟对运营的影响,引入航空联盟选择概率,确定转运前后航段运输的承运及托运问题,并考虑托运运输的衔接问题。由于航空网络中双机场容量限制,运行中全货机飞行时段及空域容量的限制,以总成本最小化为目标,建立了航线联营下基于转运的航线路径优化模型(T-AAAFRP)。设计了改进的遗传算法求解模型。通过实例分析,研究选址和路径优化问题。研究结果表明:设计的算法具有较高的收敛性;转运点数量变化的过程中,双机场城市总被选择作为转运点;需求量、飞机固定成本的变化对优化决策有较大影响;飞机载重量、联盟承运与托运的分摊系数、决策者风险偏好的变化对优化决策有较小影响;总体上转运点数量越多,所承担的总成本越小,使用的飞机数量越少。

高空冷涡背景下飞机积冰特征和机制的探测研究

飞机结冰可能引发严重飞行事故。为了了解飞机在冷涡背景下自然结冰的特征和机制,2021年5月,内蒙古呼伦贝尔市人工增雨作业人员使用Y-12运输机在高空冷涡天气系统中进行了7个架次飞机结冰探测试验,其中出现中度和重度飞机积冰各2个架次,对飞机积冰探测的环境气象条件进行了讨论,着重分析了5月31日2个架次重度飞机积冰过程取得的DMT粒子测量数据。结果表明:飞机平飞海拔高度为3.5~4.2 km,环境温度为-8~-4℃时,重度飞机积冰出现在冷涡东南部水汽饱和区中;测量的过冷水含量在高值时段的平均值达到0.25~1.04 g·m^(-3),平均有效直径为15~100μm的粒子浓度显著偏高,达到100~200个·cm^(-3),高浓度的过冷水含量导致飞机外壳出现瞬时快速积冰。简述了高空冷涡东南象限航线上的云层粒子图像和云粒子增长方式,讨论了高空冷涡东南象限的大气结冰条件。

高马赫数飞行器准平衡飞行段弹道优化方法

针对类HTV飞行器准平衡飞行段弹道优化问题,提出一种基于改进直接打靶法和自适应遗传算法的混合优化方案。首先在控制约束范围内构造控制量数据集,将控制量初末时刻值和终端时刻纳入优化设计变量,利用改进直接打靶法使以最远航程为目标函数,满足控制约束、过程约束(动压、过载、热流率及禁飞区等)、终端约束的动态最优控制问题参数化为非线性规划问题。在此基础上借助自适应遗传算法对控制量参数进行全局寻优,通过三次样条插值对控制量-时间历程平滑处理,利用四阶龙格库塔法进行数值积分,以此得到符合条件的理想弹道。经仿真验证,提出的弹道优化算法相较于原算法(直接打靶法-遗传算法)收敛速度更快,性能指标更优,降低了对初值的敏感程度,具备一定的鲁棒性,能够实现规避多禁飞区,搜索到满足约束条件且保证航程最远的理想轨迹。

高超声速平板近空间气动特性的计算分析研究

采用DSMC方法对二维小尺度平板在近连续流至自由分子流区域、攻角为0°-30°下的高超声速气动特性进行计算分析，旨在探索高超声速飞行器在近空间空域内气动特性的变化规律和影响因素。结果表明，升阻比随努森数、马赫数的增加单调下降，相对比来说，马赫数对升阻比的影响不是很明显，而努森数的影响比较明显。特别针对摩阻特性进行了分析，在马赫数10、高度55-110km、0°攻角时摩阻在总阻力中所占比重高达60％以上。随着攻角的增加，由于波阻的急剧增加导致摩阻所占比重下降。在10°攻角下，摩阻在总阻力中所占比重约为45％-70％。30°攻角时摩阻在总阻力中所占比重则下降为12％-50％。同时还发现，在近自由分子流区域中，0°攻角时阻力系数随着马赫数的增加而下降，在有攻角时该马赫数效应呈现减弱趋势。

基于Vari-Metric的舰载机可修复件库存配置模型

针对舰载机可修复备件配置问题,提出了基于Vari-Metric的多等级、多层级库存优化配置模型。首先,对舰载机保障过程进行分析;其次,进行可修复备件配置优化分析,根据舰载机保障特点,给出了备件短缺数、备件需求率和备件供应渠道模型;然后,给出基于边际优化算法的配置优化模型;最后,进行了实例分析,证明了模型的有效性,能够为保障人员备件配置优化提供一定的决策依据。

一次飞机积冰环境中的云微物理特征

2014年3月12日利用机载粒子探头(DMT)对我国宜昌及周边地区的非降水云系进行了探测时发现了少量的飞机积冰,本文分析了积冰云层中云微物理量的分布特征。垂直平均分布表明,CAS、CIP和PIP粒子数浓度分别大于300个·cm^(-3)、1个·cm^(-3)和10^(-5)个·cm^(-3),粒子中值直径最大值分别为3μm、89μm和1389μm。谱分布表明,3650m高度重力碰并和凇附过程使得CIP和PIP粒子谱较宽,3650m以下谱宽较窄,粒子以凝结增长为主,大粒子和冰晶粒子主要是由高层下落造成。平飞观测统计表明,3350m的CAS和CIP粒子平均数浓度均大于3650m的值,但PIP粒子数浓度、粒子平均和最大中值直径则相反。平飞时间变化表明,3350m高度CAS粒子数浓度和直径大致呈反相关,3650m大云滴和冰雪晶粒子的数浓度和中值直径随时间波动较大。

基于灰色关联法的飞机火灾事故统计分析与启示

通过搜集整理2005—2014年十年间全球发生的105起飞机火灾事故案例,将其分为坠机火灾事故和非坠机火灾事故分别进行统计,并运用灰色关联法分析了影响伤亡人数和航空器损坏程度的主要原因。结果表明:坠机火灾事故的发生概率大,造成的伤亡人数多,对航空器的损坏程度也大;对于非坠机火灾事故,机组成员处置不当是造成人员伤亡的最主要原因,天气和危险品着火是造成航空器损坏的最主要原因。针对飞机火灾事故原因进而提出改进防灭火硬件系统及阻燃材料工艺、更新有关灭火规程、加强机组灭火训练和飞行员应急处置能力训练等措施与建议,对降低飞机火灾事故、改善飞行安全具有重要意义。

基于区间数的预警机作战效能评估

建立了预警机作战效能评估的指标体系,提出了区间数的幂运算法则。采用区间数特征向量法确定了指标体系中定性指标的权重,采用区间数特征向量法和信息熵法相结合的组合赋权法确定了指标体系中定量指标的权重。给出了指标体系中定量指标和定性指标的规范化方法,提出了用区间数形式的加权和与加权积关系进行指标聚合的方法。最后通过算例对该方法的有效性进行了检验。

一对一遭遇时飞机生存力-探测时间解析模型

考虑探测事件的发生时间对开火、击中以及杀伤事件的影响,分析飞机与威胁的一对一遭遇情形,推导出飞机遭遇打击的次数的概率分布以及特定打击次数下飞机的生存概率,最后得到了一对一遭遇飞机生存力-探测时间的解析求解公式。该解析模型精确考虑了威胁与飞机遭遇的全过程,包括:探测,跟踪、开火以及重新装弹、开火等。根据该模型,不仅可以计算一对一遭遇飞机生存概率,而且可以方便地绘制生存力随平均发现时间、一次打击杀伤概率等参数变化的曲线。算例和分析结果表明该模型计算简便、合理有效。

飞机泊位机型自动识别与指示系统

利用飞机机号是飞机唯一的身份号码的特点,通过检测飞机机号来检索、调取相应的飞机信息,从而简化识别,有效提高了识别速度和准确性;对飞机前起落架的位置识别和扫描,而不需要对飞机的各个部位的识别,即可采集飞机的位置与速度信息。使飞机泊位识别变得简单和可靠,它有利于廊桥的对接和到港系统的信息准确性。

基于HLA的防空作战侦察雷达仿真系统建模研究

在侦察卫星雷达系统优化问题的研究中,在构建防空侦察雷达仿真系统模型的过程中,产生随机数是其中的重要环节。针对传统方法产生随机数效率低、可信性差等问题,通过改善随机数发生器的参数设置和增加相应参数,提出了一种更好地同时兼顾真实性和实时性的随机数发生器。构建了较为真实高效的侦察雷达系统模型,并给出了以HLA为基本框架的联邦设计和实现方法,通过VC++6.0和MAK套件进行仿真试验。实验结果表明,采用模型开发的计算机仿真程序,可以提高实时解算和数据交互能力,满足了空防对抗作战真实性的要求,对于今后复杂仿真系统的进一步研究和应用也有实际指导意义。

雷诺数对运输类飞机气动特性影响的试验研究

开展了某背景飞机的高低速变雷诺数风洞试验,并对试验结果进行了分析;结合国外的一些变雷诺数风洞试验结论,给出了大展弦比运输类飞机雷诺数对升力、阻力以及俯仰力矩特性的影响规律。试验研究表明:升力特性方面,在中小迎角下,随着雷诺数增大,迎角相同时升力增加,大迎角时最大升力系数增大,失速迎角增大;阻力特性方面,随着雷诺数的增大阻力减小,并且最小阻力系数随着雷诺数对数的增加基本呈线性减小;俯仰力矩特性方面,随着雷诺数增大机翼后部载荷增大,低头力矩增大,稳定性增强。除此之外,文中还从雷诺数对气动特性影响机理角度出发,分析了这些规律形成的原因。