弹射救生高速气流吹袭防护气动特性数值模拟

对弹射救生中高速气流吹袭防护装置对人椅系统气动特性影响进行了数值模拟。采用基于面的有限体积方法求解N-S方程,空间离散采用中心格式,时间离散采用五步显式Runge-Kutta方法。基于Spalart-Allmaras(S-A)紊流模型的DES方法,数值模拟了人椅系统在马赫数0.6、迎角-90°～90°的气动特性,获得了与风洞试验结果较为吻合的计算结果。对有无导流挡板和抬腿机构人椅系统的气动特性及飞行员胸腹部表面压力分布进行比较,结果显示两种防护装置均可有效改善人椅系统的气动特性,不同程度降低飞行员胸腹部所承受的气动力,充分说明高速气流防护装置的有效性。为进一步研究高速气流防护装置提供参考。

弹射座椅试验研究

为给新型高性能飞机弹射座椅的气动性能研究提供依据 ,在中国空气动力研究与发展中心低速所 8m× 6m风洞进行了此新型高性能飞机弹射座椅 1 :1模型的空气动力特性试验研究。研究结果表明 :试验对高性能飞机弹射座椅气动性能的研究 ,为航空弹射座椅气动理论的研究提供了可靠的依据 ;试验对人体表面压力分布研究的结果初步揭示了人体表面压力分布规律 。

气流吹袭时飞行员手臂的受力分析

总结了测量作用在手臂上的气动力的实验结果.。这些实验是用风洞、火箭车和空中弹射进行的。用6名男青年、橡胶假人、1/2人体木模型和1/10人体钢模型,在Ma=0.086～2.04范围内,测量了作用在手臂上的气流解脱力。用这些实验数据,计算出了气流产生的手臂解脱力系数,并推导出这些系数与Ma数之间的关系式,为进一步推导飞行员手臂对气流吹袭的耐力提供了气动力数据。

1:10人-椅模型上肢的跨-超音速风洞实验

本文介绍了1:10人椅模型上肢跨-超音速风洞实验的结果。测量了Ma=0.5～2.04和攻角10°～20°范围内上肢的阻力和侧向力。获得了在握扶手和拉中央环两种姿态下手臂的气动力特性。比较了穿衣袖与不穿衣袖两种状态下手臂的气动力数据。实验结果为确定人体上肢对高速气流吹袭的耐久限度和设计防护措施提供了重要的气动力数据。

基于BP神经网络的弹射座椅姿态控制律设计

为提升第四代弹射座椅低空不利姿态下的救生性能,本文建立了弹射座椅在自由飞阶段的动力学模型和中低速弹射状态的双通道姿态控制模型,提出了一种基于反向传播(back-propogation,BP)神经网络的PID(proportion integration differentiation)控制器的弹射座椅姿态控制方案,以实现对弹射座椅俯仰和横滚姿态的控制。该方案利用遗传算法设计了弹射座椅姿态控制参数寻优模型,获得部分弹射状态对应的最优PID控制参数映射数据集;基于此数据集,采用BP神经网络建立预测模型,直接预测弹射座椅在中低速弹射状态下所对应的姿态控制PID参数;随后,PID控制器根据这些参数输出燃气舵推力矢量喷管的两组舵偏角数值,燃气舵舵片偏转产生的升力和阻力作用于弹射座椅动力学模型,从而调整弹射座椅在自由飞阶段的姿态。为验证控制效果,采用MATLAB/Simulink仿真软件对所提控制方案在不同初始速度、俯仰角以及滚转角弹射状态下的表现进行仿真测试,通过观察弹射座椅在自由飞阶段的姿态角及角速度变化情况,发现弹射座椅的俯仰和滚转姿态均能在火箭包工作时间内调整回正。结果表明,本文设计的基于BP神经网络的PID控制器可以实现中低速弹射状态下弹射座椅的姿态控制。