新型双机身鸭式布局无人机气动特性

优化载重性能的气动布局设计是当前无人机研究重要方向,为提高物资运载能力和结构性能,基于连接翼、双机身、鸭式布局设计,提出一种新型双机身鸭式布局无人机,采用FLUENT详细研究了两种飞行速度下的升阻特性、压力云图、涡量分布等。研究结果表明,双机身鸭式布局无人机具有较高的升阻性能,速度提高时,升力系数增加而阻力系数减小,速度由30 m/s增加到60 m/s时,最大升力系数增加7.6%,升阻比增加4.8%;从表面压力云图看,升力主要贡献为前机翼、鸭翼和后机翼,失速迎角前后,后机翼未受前机翼和鸭翼气流干扰,提高了无人机的失速特性;巡航迎角状态的涡量较弱,仅在翼梢及部件连接处出现,失速迎角前后,翼梢、部件连接处涡系增强,且产生了干扰,机翼表面趋于分离。

鸭舵式迫击炮弹气动特性研究

可动双翼鸭舵式新型迫击炮弹的气动布局区别于传统固定鸭舵式修正迫弹,表现出不同的气动特性。基于计算流体动力学方法,采用气动分析软件对某新型迫弹进行气动仿真计算,获得不同条件下弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数变化规律及舵翼的受力情况。数值模拟结果表明:弹丸的阻力系数、升力系数和俯仰力矩系数随攻角和马赫数的增加而增大;舵翼力随舵偏角和马赫数的增加而增大;双翼鸭舵式迫弹整体气动特性良好。计算结果对可动舵翼修正弹的研究及设计具有一定的参考价值。

鸭式布局火箭滚转特性试验研究

以某鸭式布局的简控火箭为研究对象,首先通过模型风洞试验获取了其气动特性参数,然后以此为基础重点对其滚转特性进行分析,给出了利用鸭舵实施火箭滚转控制的可行性方案,最后通过飞行试验进行了验证。

侧滑角对大长细比鸭式布局弹箭俯仰操纵性的影响

大长径比鸭式布局制导弹箭进行倾斜转弯控制时,受侧滑角、攻角和滚转角影响,鸭舵产生的斜吹洗流会引起尾翼和弹身产生额外的面外力和力矩。因此为研究侧滑角对大长细比弹箭操纵性的影响,将流场域划分六面体-多面体网格,采用CFD方法对鸭式布局弹箭在不同攻角、马赫数、舵偏角和侧滑角下的气动特性进行了数值模拟,得到了弹箭气动特性的变化规律,绘制出了弹箭的流线图、涡量图和压力云图,进行流场分析研究。利用风洞实验获得相关空气动力学参数,对实验结果作对比分析,发现风洞实验与数值模拟得到的结果都有较高的吻合度,验证了数值模拟方法的可行性。研究表明多数情况下侧滑角不为零时,由于弹箭的弹体较长,鸭舵的洗流向弹体一侧偏移,使得鸭舵的洗流对部分尾翼没有产生干扰,尾翼的当地攻角增大,尾翼法向力变大,弹箭的压心后移,平衡攻角减小,静稳定度变大,进而弹箭的俯仰操纵效率降低;而在少数情况下弹箭尾翼当地攻角却降低,尾翼法向力有所降低,静稳定度变小,弹箭的操纵效率有所提高。

微型反无人机导弹抗滚转气动布局设计

承担反无人机等任务的微型导弹由于结构尺寸限制,常采用鸭式布局,利用鸭舵进行姿态控制,不可避免地会出现诱导滚转问题。针对该问题,提出一种基于两级鸭舵的微型导弹气动布局设计方法。该气动布局的一级鸭舵负责俯仰与偏航通道控制,利用呈I字布置的小尺寸二级鸭舵进行单独滚转通道控制,实现滚转通道在控制指令上与俯仰、偏航通道的解耦。在保证导弹具有高机动性的同时,降低导弹尾翼产生的诱导滚转影响,以实现对微型导弹滚转通道的控制。通过分析鸭舵诱导滚转的流动机理,提出二级鸭舵的布置方式,并利用计算流体力学方法验证该气动布局的有效性,进一步提出二级鸭舵的控制方法与控制限制条件,为相关工程应用提供一种有效方案。

全速域可变形飞行器气动布局设计及试验研究

为了解决大空域、宽速域水平起降可重复使用飞行器的气动适应性问题,设计了一种满足高超声速巡航飞行性能的飞行器,为解决该种飞行器地面水平起飞和高速巡航飞行气动性能矛盾的问题,提出了两种变形布局方式——伸缩翼布局和翻转翼布局。通过数值手段比较分析了两种变形布局的低速气动特性,并通过风洞试验对其性能进行了验证。结果表明,在增加相同机翼面积时,伸缩翼在起飞状态增升效率为68%,同时阻力增加35%;翻转翼在起飞状态增升效率为42%,阻力增加15%;伸缩翼布局比翻转翼布局的起飞升力大16%,阻力大20%,伸缩翼布局具有明显的升力优势,说明亚声速状态增加机翼展弦比是增升的有效手段,但同时也带来阻力的增加;鸭翼具有显著的增升效果,起飞状态增升12.8%,同时阻力降低1.4%,纵向压心系数绝对值前移0.48%,有效缓解了起飞状态升力和纵向稳定性的问题。

自由滚转尾翼试飞器滚转特性分析

自由滚转尾翼是解决鸭式布局导弹的鸭式舵难以差动兼作副翼进行滚动控制的一种技术途径。为验证某鸭式布局试飞器采用自由滚转尾翼方案的可行性,进行了试飞器的固定尾翼和自由滚转尾翼两种模型的风洞试验。试验结果表明,固定尾翼试飞器,当鸭舵作副翼偏转进行滚控时,在尾翼上会产生很大的诱导滚动力矩,抵消鸭舵的控制力矩,致使鸭舵不能进行滚转控制;滚转尾翼可有效减小诱导滚动力矩,实现通过鸭舵进行全弹滚转控制的目的。

近距耦合鸭式布局气动研究进展

介绍了近距耦合鸭式布局的基本设计思想。从实验、数值计算两个角度对近距耦合鸭式布局气动方面的研究进展进行了综述,重点对近距耦合鸭式布局增升机理方面的研究进行了总结。并对尚待解决的问题进行了展望。

近距耦合鸭式布局复杂涡系的干扰机理

在不同的迎角范围内,通过求解雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程模拟了雷诺数Re=2.4×105下,鸭翼和机翼前缘后掠角均为50°的近距耦合鸭式布局简化模型的绕流结构,并与该模型的风洞测力和水洞流动显示实验结果进行了比较和验证,分析了鸭翼涡和机翼涡在不同迎角下的演变过程.根据鸭翼的不同作用效果,将迎角范围划分为3个区域,分析了各个迎角范围内的主要作用机制.鸭翼涡与机翼涡的演变和干扰过程虽然极为复杂,但可将其概括为诱导、卷绕和破裂作用.分析结果表明:中大迎角以后鸭翼涡都会对主翼涡产生有利影响,尤其在中大迎角下,卷绕起到了主导作用,鸭翼涡产生的增升效果也最好.

大迎角下鸭翼涡与边条涡的干扰特性

在风洞测力、水洞染色线和激光片光实验的基础上 ,对翼身组合体鸭翼边条翼布局大迎角涡系干扰机理进行了分析和探讨 ,揭示了该布局增升的机理。鸭翼涡位于机翼内侧 ,其与边条涡的相互诱导致使边条涡向外翼偏折 ,既改善了外翼的流态 ,又使机翼前缘涡量卷入边条涡 ,增强了边条涡的强度 ,从而延迟其破裂。两方面的共同作用 ,提高了主翼的涡升力 。

基于余量修正原理的多翼面气动力反设计方法

将Takanashi的余量修正方法由只针对单独翼面发展到针对多翼面问题,形成一种处理多翼面升力系统的余量修正设计方法,以此为基础发展了一种跨音速多翼面升力系统气动力设计方法,形成了相应的跨音速多翼面设计软件,并将该软件与国外先进的CFD分析软件相结合,形成跨音速多翼面升力系统气动力设计软件系统。利用该多翼面空气动力设计方法,以鸭式布局为例,进行了双翼面升力系统的气动力设计。设计实践表明本文的设计方法和软件具有很高的实用价值。

鸭式布局飞机水洞流场显示研究

为探讨鸭式布局飞机全机流场随迎角的演变规律 ,分别对无鸭翼布局与鸭式布局两种情况于北航大水洞进行了染色液流场显示实验。同时 ,为与水洞结果对比分析 ,给出了风洞测力部分结果。鸭式布局模型除鸭翼以外 ,包括机身、基本翼、翼前小边条及垂尾和腹鳍 ,其中鸭翼相对机身负偏 1 0°。显示结果表明 ,对两种布局而言 ,涡系结构都非常复杂。无鸭翼布局的机身涡很强 ,且机身涡对边条涡、翼根涡有明显诱导作用 ,三涡相互绕合并向展向偏折。鸭式布局的机身涡由于鸭翼存在其强度变弱 ,边条涡与翼根涡绕合趋势增强 ,两涡最终合并为单一集中涡并向外翼偏折 ,且其涡核位置较无鸭翼布局更靠近机翼前缘。鸭式布局主翼涡破裂较无鸭翼布局有所延迟 ,但鸭翼自身涡系破裂较早。

放宽纵向静稳定性对战斗机布局升阻比特性的影响

就放宽纵向静稳定性技术对不同战斗机布局升阻比特性的影响进行了研究。文中选取鸭式和正常式两种典型的现代战斗机布局,基于风洞试验数据,获得了在5种典型情况下,飞机不采用和采用放宽纵向静稳定性技术时的配平升阻比特性,并且分析了两种布局配平升阻比特性不同的原因。研究结果表明:在典型的亚、跨和超声速马赫数下,如果不采用放宽纵向静稳定性技术,鸭式布局由于配平得到的升阻比收益一般低于常规布局的收益;鸭式布局由于采用放宽纵向静稳定性技术得到的配平升阻比收益明显高于常规布局。从配平升阻比特性的角度来看,鸭式布局比常规布局更加适于采用放宽纵向静稳定性技术。

联接翼布局低速纵向气动特性研究

本文基于低速风洞纵向测力以及涡格法的理论计算结果，初步研究了联接翼布局的低速纵向气动特性，并与相应的机翼、尾翼相分离的正常布局的试验结果作了比较。结果表明，联接翼布局具有许多优点，如较大的升力线斜率较大的最大升力系数Ｃｙｍａｘ、较大的纵向稳定度、相当小的诱导阻力Ｃｘｉ和较高的巡航升阻比Ｋ，以及具有直接升力和直接侧力控制的可能性。

在近距耦合鸭式布局中的涡系结构

在近距耦合鸭式布局的机理研究中,主翼涡和鸭翼涡的干扰方式一直是研究的关键。通过激光片光实验观察了低雷诺数时上翼面主翼涡和鸭翼涡的相互位置,进而分析了在低雷诺数时主翼涡和鸭翼涡的干扰方式。研究表明,鸭翼涡和主翼涡的干扰行为包括卷绕和诱导(影响相互位置或下洗),但不同强度的鸭翼涡和主翼涡的干扰结果不同。通过初步分析,提出了一个统一的涡系干扰模型。

鸭式布局导弹滚转控制时的侧向气动特性

为研究鸭式布局导弹滚转控制时鸭舵下洗在尾翼上引起的滚转力矩,并揭示该力矩引起的侧向气动力的特性,对鸭式布局导弹进行了滚转控制的风洞实验,得到了鸭舵洗流对侧向气动特性的影响规律;以三维NavierStokes方程为控制方程,对滚转控制时导弹的流场进行了数值模拟,得到与风洞实验相似的侧向气动特性的变化规律。分析了滚转控制时引起的导弹各部件表面压力和侧向力分力,结果表明:侧向力是由鸭舵洗流在弹身左右两侧不对称干扰引起的;侧向力和偏航力矩随滚转舵偏角的负向增大而增大。

鸭式布局制导火箭弹气动特性数值计算

为分析气动外形对鸭式布局制导火箭弹气动特性的影响,设计了两种具有不同尾翼的制导火箭弹模型,以三维Navier-Stokes方程为控制方程,采用结构网格、k-ε模型对制导火箭弹的绕流场进行了数值模拟,得到了两种结构方案下制导火箭弹的气动特性参数。研究结果表明,相较于6片尾翼设计方案,采用4片尾翼设计方案的制导火箭弹具有更大的升阻比,且静稳定性更好。

大迎角下机翼后掠角对近耦合鸭式布局增升及流态的影响

在风洞中利用测力及油流显示技术对不同后掠三角鸭翼和不同后掠三角机翼构成的鸭式布局在大迎角时的增升及流态特征进行了研究。通过测力给出了机翼后掠角对近耦合鸭式布局升力系数增量在大迎角时的影响规律,并通过油流显示对其影响的机理进行了探讨和分析。研究表明,鸭式布局是否增升受迎角和机翼后掠角的共同影响。在研究的迎角范围内的特定迎角下,与小后掠机翼构成的鸭式布局相比大后掠机翼构成的鸭式布局具有更好的增升效果,原因在于小后掠三角翼前缘涡随迎角变化时易于破裂,鸭翼对破裂涡,特别是完全破裂涡流态有较好的改善作用。

不同尾翼鸭式布局远程弹在跨/超声速的气动特性实验研究

为了研究鸭式布局远程弹尾翼对气动特性的影响,设计了无尾翼,'T'型尾8翼,栅格尾翼三种尾翼布局,通过风洞测力实验研究不同布局在不同马赫数及迎角状态下对远程弹气动特性尤其是滚转特性的影响。实验结果显示:安装'T'型尾翼的模型和安装栅格尾翼的模型相比,在跨声速阶段,其升力特性优于栅格尾翼,也更利于滚转控制,但在超声速区域,栅格尾翼模型具有明显的升力特性优势,同时也容易进行滚转控制,而减小阻力是栅格翼将来需要解决的问题。

鸭式导弹舵翼面间距影响滚转的数值研究

鸭式导弹的横滚特性制约了鸭式导弹性能提升,其原因在于:固定尾翼鸭式导弹不能实现横滚控制。研究表明:对固定尾翼鸭式布局导弹,当鸭舵做副翼偏转进行滚转控制时,导弹上会产生数值很大的反向诱导滚转力矩,使鸭舵难以进行滚转控制。造成这一结果的原因很多,采用数值模拟方法研究鸭式布局导弹舵翼面间距对其横向特性的影响。