基于高仿生形态布局的仿鸽扑翼飞行机器人系统设计

针对现有扑翼飞行机器人存在的飞行形态与实际鸟类相差较大,以及翅膀、尾翼布局和俯仰、转向控制方式仿生度较低的问题,提出一种形态布局与鸽子相仿的扑翼飞行机器人系统设计及实现方案.通过设计弧面-折翼-后掠翅膀、仿鸟扇形尾翼以及尾翼挨近翅膀后缘布置的布局方式,使扑翼机器人飞行形态更加接近真实鸟类,提高扑翼机器人的形态仿生度.在此基础上,设计结合下扑角调控无需尾翼大角度上翘的俯仰控制方式,以及不依赖于尾翼的翅膀收缩转向控制方式,在提高仿生度的同时保证飞行控制的有效性.在具体设计过程中,首先参考鸽子翅膀型式选择不同类型翅膀并进行风洞测试,确定出下扑角变化时仍能保持较优升推力性能的翅膀设计方案;其次,对各种尾翼型式进行分析和比较,结合鸽子尾翼特点进行仿鸽尾翼及俯仰、转向控制机构设计,并通过风洞测试验证;最后,设计飞控系统并装配整机,进行外场飞行测试,验证仿鸽扑翼飞行机器人平台的稳定性和可控性.

采用仿海鸥翼型叶片提升轴流风机气动性能的研究

为提升轴流风机的气动性能,受到具有良好滑行飞行性能的海鸥翅膀独特的翼型结构的启发,本文研究通过提取海鸥翅膀特定截面位置处的翼型结构应用于轴流风机的叶片设计中,考察了叶片仿生设计对空调器用轴流风机气动性能的影响。首先采用数值计算方法求解定常流动雷诺时均Navier-Stokes方程,对仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动性能及其内部流场进行分析,然后采用大涡模拟方法和FW-H声类比方法对轴流风机的气动噪声进行数值预测。结果表明:在相同的设计转速下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的气动效率提高了3.1%;在相同风量条件下,仿海鸥翼型叶片的轴流风机的噪声相比于原型风机降低了约1.0dB(A)。采用仿海鸥翼型叶片,风机叶片表面的静压分布均匀,叶片中段的压力脉动明显减少。同时,在风机进口轮毂处和叶顶区域,流动分离被抑制,叶片尾迹涡脱落引起的气流脉动和气流不均匀性相对减弱,这就有效提升了轴流风机的气动性能。

基于复合型线的一种加速叶道离心叶轮设计

为提高浴室用集成吊顶暖风机的加热取暖效率,以某品牌的浴室电加热器具中的吹风工况为例,研究其内部的多翼离心叶轮叶片结构及其设计方法.借助大型商业流体仿真软件CFX对风机内部的流场进行数值模拟和计算,并基于CFD仿真模拟的结果,分析原叶轮在空气动力学设计上存在的不足和缺陷.结合原有叶轮叶型的设计方法,创新性地提出并设计了一种由对数螺旋线和小圆弧拟合而成的复合型线的加速叶道离心叶轮,经过3D打印手板进行气动性能对比实测分析,得出了复合型线叶轮相比于原叶轮,吹风出口处的风量为216.2 m^(3)/h,提升了13.9%,且出口处风速更加均匀稳定,此外风机噪声下降了2.3 dB,显著地提高了暖风机的气动性能和取暖效率.文中的数值模拟和试验研究工作对多翼离心暖风机的性能优化和降噪设计具有理论意义和重要的工程应用价值.

十六至十七世纪前期蒙藏互动关系与明朝应对

十六世纪初期,右翼蒙古势力进入西番地区,打破了明初以来以甘肃镇为军事枢纽,“北拒蒙古,南悍诸番,俾不得相合”的战略格局,也揭开了继蒙元之后蒙藏两族新的历史性互动关系的序幕。右翼蒙古势力深入西番地区建立游牧区,并将大量明朝属番收为己用,“番达合势”,严重冲击明朝在西番地区建立的羁縻统治体系,西北边防也承受巨大压力。“洮河事变”爆发,迫使明朝采取强硬的军事和政治措施,一定程度上实现了遏制蒙古势力在西番地区的扩张势头,缓解西北边防压力的目的,但已无力改变蒙古势力在西番地区作为重要政治存在的既成事实。而伴随着蒙古各部皈信藏传佛教,蒙藏间结成更为紧密的具有融合性的互动关系。基于彻底解决来自蒙古方面政治军事威胁的政治期待,明朝对于蒙古皈信藏传佛教则持积极推助的态度,试图以此来化解北部边疆问题,这可视为后来清朝统治者“兴黄教所以安蒙古”国策的先声。

未来大型客机发展方向及关键设计技术研究

未来大型客机将会朝着新能源化、低能耗化及超声速化方向发展,并涉及这3个方向的综合应用。大型客机新能源化主要是指绿色低碳能源的应用,包括常温液态可持续航空燃料(Sustainable aviation fuels,SAF)、低温液氢或液化甲烷燃料等。大型客机低能耗化发展包括节能气动布局与节能推进技术以及两者的综合应用,节能气动布局包括大展弦比布局与翼身融合布局等;节能推进技术包括超大涵道比加齿轮传动涡扇推进与低噪声桨扇推进技术等;布局与推进综合应用包括边界层吸入式推进、分布式推进等。超声速化大型客机主要包括各种马赫2~3量级的低阻低声爆的大型超声速客机及未来水平起降大型高超声速客机,声爆抑制、解决大型客机布局与推进的高低速设计矛盾等成为关键设计技术。大型客机的新能源化与低能耗化趋势是基于全球石油能源危机与全球变暖及导致的极端气候应对措施“绿色低碳”倡议与行动而得出,需要分别从改变能源的“类型”与“数量”方向降低化石碳排放;而超声速化趋势是基于人类对高速交通工具的迫切需求以及地面轨道交通工具高速化对航空制造业和航空运营企业带来的竞争压力,以及跨洲跨洋高速交通需求等问题而归纳的。本文通过对大型客机的替代能源、低能耗设计、超声速化的发展趋势和关键技术进行阐述,为未来民用航空的发展提供新的思路。

巡飞弹扇式折叠翼结构优化研究

对某巡飞弹的新型扇式弹翼进行了结构优化,将前翼的翼尖变形最小做为优化目标,取中翼、后翼长度及其与前翼连结点做为设计变量;采用FLUENT软件计算了相关的气动升力,将前、中、后翼近似简化为受均布线载荷作用的三根铰链悬臂梁,通过对此超静定结构的受力分析,建立了优化目标与设计变量之间的函数表达式,导出其优化数学模型,采用复形调优法进行迭代计算,代入约束条件,得出了最优结果。结果表明:采用扇式弹翼既能有效地提高升力,也能大幅减小弹翼的结构变形。

扇翼飞行器气动特性优化设计

采用多目标优化和数值模拟结合的方法对扇翼飞行器气动特性进行了优化研究。CFD计算结果与文献结果对比,验证了数值方法的可靠性。计算得到多结构参数影响下扇翼飞行器高升力、低阻力的优化结构参数和主要影响因素。研究结果表明,建立的近似数学模型和优化结果精度较高,满足工程需要。优化后,扇翼飞行器的升力和推力较大,飞行器气动特性得到显著改善。

垂直起降固定翼飞翼布局无人机过渡飞行纵向稳定性研究

针对由两个主涵道风扇和一个前涵道风扇组成垂直升力部件的垂直起降固定翼飞翼布局无人机,估算出风扇推力和喷流/机翼的诱导气动力,考虑到过渡飞行过程的气动干扰明显和配平控制量变化较大的影响,并且为了防止无人机进入失效陡壁,提出一种预置飞行迎角加速到安全速度后,先关闭主涵道再关闭前涵道风扇的过渡飞行控制策略,分析了无人机平飞速度、涵道风扇入口来流、出口喷流对配平和过渡飞行纵向稳定性的影响,得到了涵道风扇的作用减小了过渡飞行的短周期稳定性、增加了长周期的阻尼的结论。

升力风扇垂直起降飞机阻力特性分析

结合升力风扇系统动量理论方程和固定翼飞机的升阻计算模型,建立了升力风扇垂直起降飞机升阻特性估算模型。通过该模型得到了升力风扇垂直起降飞机的典型阻力特性曲线,并分析了全机总体参数对于过渡态阻力峰值的影响关系,进而得到了关于升力风扇垂直起降飞机总体布局设计的相关指导原则。

带升力风扇飞翼布局无人机过渡飞行气动特性研究

带升力风扇飞翼布局无人机除了具备飞翼机的优点外,还兼具短距/垂直起降功能,研究其过渡飞行阶段的气动特性是建立其飞行动力学模型的基础。对带升力风扇飞翼布局无人机的过渡飞行阶段进行气动仿真,分析升力、阻力和力矩随速度和迎角变化的特性,并在某定常流下对该布局飞机的流动机理进行研究,针对气流分离提出控制方法。结果表明:来流速度增大时,升力值持续增大,阻力增加,低头力矩增大;在相同来流速度下,迎角增大,升力随之增加且外段翼是其升力的主要来源,阻力先减小后增大,较常规平飞状态下有较大的抬头力矩;控制气流分离的两种改进方法是有效可行的。

世界垂直起降动力装置的演进和展望

介绍了半个世纪以来世界垂直起降动力装置发展的概况,阐述了垂直起降动力装置的类型、演进情况并展望了其发展前景。

扇翼飞行器短距起飞性能

为验证扇翼飞行器超短距起飞特性及大载荷特性.以某型6 kg级扇翼飞行器为研究对象,在分析其结构特点和飞行原理的基础上,根据该飞行器在地面与空中的受力情况,建立了扇翼飞行器的纵向模型,使地面滑跑段与空中段有效衔接,并通过数值仿真,对比分析了升降舵偏转量、重心位置、扇翼转速以及载荷量对扇翼飞行器起飞滑跑距离的影响.仿真结果表明:空载时起飞滑跑距离最短;在起飞过程中需要保持升降舵上偏最大角度;重心位置越靠近扇翼力作用点,起飞滑跑距离越短;在这些因素固定的情况下配合适当扇翼转速,最终获得该样机不到9 m的最短起飞滑跑距离.通过对比分析,良好的起飞性能需要几个因素的配合设置.

嵌入式横流风扇翼型CFD分析方法

新概念飞行器由于取消了传统的操纵舵面,因此飞行器的俯仰、滚转、偏航等姿态完全靠横流风扇转速的变化以及导流板对出气角度的控制来实现,基于对嵌入式横流风扇翼型研究的目的,对这两方面的参数进行分析并展开研究,采用采用计算流体力学方法,建立了推进翼飞行器机翼流场的二维计算模型,并实现了嵌入式横流风扇翼型流动控制的方法的CFD技术分析,通过与经典的Kummer分析结果相比较,得到了较好的一致性。

国外大型风力发电机研究

为了提高风电的市场竞争力,风机单机的大型化是降低风力发电成本的重要途径之一。文章介绍了国外近年来在兆瓦级大型风机翼型设计、制作材料及风机海上支撑平台关键技术的研究进展。

分布式动力系统参数对翼身融合布局无人机气动特性的影响

以耦合分布式动力系统的边界层吸入(BLI)翼身融合(BWB)布局无人机为研究对象,研究了动力系统参数对全机在巡航/起飞条件下的气动影响。使用动量源方法(MSM)对NASA涵道螺旋桨模型进行了数值计算,验证了文中数值计算方法的可靠性。采用结构网格及S-A湍流模型求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的方法,对装配D80涵道风扇的全机构型在巡航状态下的气动特性进行了数值计算,验证了BWB布局飞行器在分布式动力系统影响下具有增升的气动效果,并与不同动力系统尺寸参数的构型进行了对比。研究了动力系统推力大小对起飞状态下全机的气动影响。研究表明,由于分布式动力系统的抽吸作用,有效提高了机身附近的流速,同时一定程度上抑制了气流的展向流动,使得全机的升力系数提高了16%,升阻比提高了10%;在同等推力的条件下,D80涵道风扇桨盘载荷更大,使得进出口静压较小,气流流速较大,相比于D150涵道风扇,全机升阻比提高了15%;起飞时增大动力系统推力可以降低机身上表面气流分离的可能性,具备提高起飞质量的能力。

扇翼飞行器绕翼型流动数值研究

扇翼飞行器以其低速大载荷、低噪音特性在军用及民用领域有着广泛的应用前景.基于CFD软件采用滑移网格技术对简化为二维的绕翼型流动进行数值模拟,得到低速大迎角下绕翼型的流场,分析并比较了不同迎角下的流场结构,给出了升阻力随迎角的变化关系.在此基础上通过比对分析翼型局部几何形状改变后得到的数值模拟结果,得到了飞行器机翼前缘高度对绕翼型流场的影响以及相应的升阻力变化情况,并讨论了引起这些影响和变化的可能原因.最终给出可用于扇翼飞行器设计的方案.

飞机垂直/短距起降技术的研究

回顾垂直/短距起降(V/STOL)喷气式飞机的发展情况,介绍鹞式战斗机、雅克战斗机以及JSF战斗机的升力推进技术特点,分析以升力发动机、矢量喷管和升力风扇为核心的升力推进系统的特征,并且指出了这些飞机的推进系统存在的缺点。鉴于此,研究了一种新型扇翼飞行器——扇翼机。该飞行器具有超短距起降(甚至可垂直起降)的特性以及其他很多优点。对这种扇翼机建立了纵向的数学模型,在Matlab/Simulink环境下通过数值仿真,验证了其具有超短距起降的特性。从结果还可以看出重心位置、转速以及升降舵偏转角对扇翼飞机起降距离的影响。

JDB622系列对旋风机主要气动参数的设计

主要阐述JBD622系列对旋风机叶轮主要气动参数的设计方法。为减小风机体积、提高压力系数,该系列风机采用了较大的轮毂比、较高的电机转速,并以此为风机初始设计参数。在轮毂比选择时采用了经验分析和计算中验证的方法。经过实际测试,设计点的风量、全压和实测值误差不超过5%。

升力风扇垂直起降飞机过渡态总体参数分析

升力风扇垂直起降飞机属于一种特殊的固定翼飞行器,兼有直升机式的悬停状态、固定翼状态,以及特殊的过渡状态。在这三种状态下,两套升力部件(直接升力部件和气动升力部件)只共用一套动力源,使得动力源工作状态差异很大,导致各总体参数之间的匹配关系与常规固定翼飞机甚为不同。为此,基于螺旋桨动量理论推导了升力风扇垂直起降飞机全机升阻、功率特性的估算模型;并针对整个过渡过程,分析了各总体参数对过渡态功率、阻力特性的影响,进而得到各总体参数的合理匹配方法以满足减小"富余功率"和节省过渡阶段的燃油消耗量的设计要求,提高巡航经济性。所研究的成果能为升力风扇垂直起降飞机概念设计提供有效地指导原则。

新型自动调角冷却风机内流动机理及仿真

为解决目前冷却风机工作时过热、过冷以及能耗较大的问题,设计了一种自动调角冷却风机.建立了新型冷却风机在最佳安装角时的三维模型,模拟仿真了风机内部流场,得到了风机叶轮静压力分布云图和风机运转流场内空气流线图,获得了风机流场内各项空气动力学参数.仿真结果表明:叶片压力面和吸力面上压力梯度分布均匀,叶轮对空气做功状况良好,径向速度对风机叶轮运动没有任何负面影响;通过改进风机翼型可减小流场内湍流动能、降低风机空气动力性噪声.研究结论中流场出口各项指标表明新型风机叶轮空气动力性能满足冷却风机设计要求.