一种改进的CenterNet机翼结冰检测方法

在高空飞行环境下,机翼表面的积冰可能会改变其空气动力学特性并进一步降低升力,因此机翼结冰的检测显得尤为关键。为克服现有积冰检测技术通常依赖于操作人员的经验判断或需要昂贵的工程实施及硬件开发成本的局限,本文提出了一种基于CenterNet模型的旋转目标检测方法 RA-CenterNet。针对风洞实验数据集中呈现的特定积冰区域方向问题,设计了一种新颖的角度预测分支网络,有效实现了对旋转目标的精确校准。此外,为了提升神经网络在识别冰形边界时的特征提取能力,研究中还融合了卷积注意力模块(Convolutional block attention module, CBAM)。通过与其他旋转目标检测方法以及基准网络进行的一系列对比实验验证了RA-CenterNet方法的性能。实验结果表明,RA-CenterNet算法在主流的旋转目标检测算法中显示出明显的竞争优势,证明了其在积冰检测领域的应用潜力。

基于CFD的飞翼布局无人机气动外形优化

飞翼布局因其独特的翼身融合的气动外形,大大提高了飞行器的有效升力面积,外形优化问题和布局优化对于此类构型气动性能的提升同样重要。本文为解决飞翼布局无人机气动外形优化问题,建立了高效的参数化建模方法,实现了适应复杂外形的几何参数化变形控制,将基于梯度的优化算法、离散伴随方法与基于RANS(Reynolds average Navier-Stokes)方程的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法相结合,对飞翼布局无人机完成了气动外形的优化减阻设计,升阻比提升了7.17%。优化结果表明,在满足约束要求的前提下,基于上述技术的气动优化设计方法对翼身融合类构型具有良好的适应性,能有效改善无人机的气动性能。

倾转旋翼机机翼向下载荷的计算方法及参数影响分析

针对悬停和前飞时旋翼下洗流对机翼的气动干扰影响,建立了机翼向下载荷的计算模型。该模型中,旋翼在机翼处产生的诱导速度以及对机翼干扰的旋翼尾迹边界基于Weissinger-L升力面理论和自由尾迹方法计算,以考虑倾转旋翼桨叶的大负扭转和尖削带来的较大三维影响,机翼表面流则区分为弦向流及展向流,以分别计算向下载荷。以缩比的V-22模型旋翼为算例,计算了悬停时旋翼下方的下洗速度分布和机翼的向下载荷,与可得到的实验结果进行了对比,验证了计算模型的有效性。然后,应用该计算模型,研究了襟翼偏角、旋翼倾转角、前飞速度、旋翼/机翼间距等参数对机翼向下载荷的影响。结果表明:机翼的襟翼偏斜角对有效减小机翼向下载荷有重要作用,随旋翼从悬停向前飞倾转,机翼向下载荷减小。

倾转旋翼机旋翼对机翼气动干扰的建模及分析

建立了一个耦合旋翼自由尾迹模型和机翼面元模型的悬停状态旋翼/机翼气动干扰迭代计算方法,用于分析旋翼对机翼的气动干扰影响。在该方法中,为较好地模拟大桨盘载荷及大扭转桨叶的气动特征,旋翼桨叶采用Weissinger-L升力面模型;为考虑厚度效应及机翼的升力影响,建立了包含源面元和偶极子面元的厚度机翼模型;为正确模拟旋翼桨尖涡与机翼表面间的贴近干扰,采用了一个"分析数值匹配法"的"贴近涡/面干扰模型"。应用上述方法,对单独倾转旋翼下洗流分布以及旋翼对机翼的气动干扰影响进行了计算。结果表明,在旋翼下洗流场的干扰下,机翼各剖面都产生向下载荷,但并非简单地随拉力系数的增大而增大;机翼受到的旋翼干扰影响与旋翼下洗流沿桨叶展向变化密切相关。

自由机翼气动特性的实验研究

设计了一种新型的自由机翼。与常规固定机翼和旋翼不同,自由机翼通过一根展向旋转轴固定在机身上,可在俯仰轴线上自由旋转。在飞行时,相对气流的平衡迎角保持稳定不变。即使受到如突风等外界扰动影响,自由翼也能在扰动消除后很快自动恢复到平衡迎角,避免了常规固定机翼的失速问题。通过风洞试验,对带升降副翼控制的自由翼气动特性也进行了实验研究,验证了位于自由翼后缘的升降副翼可有效地控制自由翼相对气流的平衡迎角。

前飞状态直升机旋翼的自由尾迹计算

应用时间步进方法，建立了一个前飞旋翼的全展自由尾迹模型。该模型采用圆弧涡元作为基本涡元，并依据自由尾迹涡线确定远尾迹形状以使远尾迹更接近实际和自由。为表明方法的有效性，分别以ＵＨ－１和Ｈ－３４两种直升机旋翼为算例，计算了不同前飞状态的自由尾迹形状，展示出小速度时尾迹畸变和叶尖涡卷绕的重要特征。在此基础上，应用自由尾迹分析，对前飞桨叶气动载荷进行了计算，分析了计及尾迹畸变对改进载荷计算的作用。

基于伴随方程和自由变形技术的跨声速机翼气动设计方法研究

将连续伴随方程法与自由变形技术(Free Form Deform-FFD)相结合开展了跨声速机翼气动外形优化设计方法研究。采用Bernstein基函数建立了空间FFD参数化方法,并应用基于控制理论的连续伴随方程方法建立了目标函数对于待优化几何外形的梯度求解模式,将几何外形参数化方法、连续伴随方法以及CFD数值模拟技术相结合,研究、构建了适合跨声速机翼的气动外形优化设计系统。利用该系统对ONERA M6机翼及某型民用客机机翼进行了气动减阻设计,算例验证表明该方法应用于跨声速机翼气动减阻设计效果明显,并且能较好的保持几何表面连续性和光滑性。

PIV测量非定常自由来流中的三角翼前缘涡

在南航非定常风洞中,运用PIV测量技术,研究了非定常自由来流下三角翼前缘涡瞬时涡结构的变化。通过分析三角翼前缘涡速度矢量、涡量以及流动拓扑结构的变化可知,在减速过程中,破裂的前缘集中涡重新卷起,形成涡量较强的集中涡,横截面流动拓扑结构显示,流动结构从不稳定的焦点变成稳定的极限环,这也就说明前缘集中涡的破裂点位置向下游移动;在加速过程中,集中涡很快破裂,涡量随之减小,流动拓扑结构从稳定的极限环变成不稳定的焦点,前缘集中涡的破裂点位置向上游移动。分析认为外部压力梯度的变化可能是导致涡破裂位置移动的原因。

80°后掠三角翼强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性数值研究

耦合求解NS方程和刚体动力学方程数值研究了80°后掠三角翼强迫俯仰、自由滚转双自由度运动特性。内容包括:对比双自由度俯仰/滚转运动和单自由度滚转及俯仰运动特性的差异,研究动态俯仰角对三角翼滚转运动振幅和频率的影响以及三角翼双自由度运动条件下的气动力特性。结果表明:在动态俯仰角的影响下,细长三角翼不能形成极限环形式的振荡;俯仰运动的迟滞效应造成滚转振幅的变化落后于俯仰角的变化;俯仰耦合滚转运动将会导致飞行器升力降低,横向稳定性变差。

非定常自由来流对飞机过失速机动特性的影响研究

在南航非定常风洞内,对三角翼模型在定常和非定常自由来流中做俯仰运动的动态气动特性进行了实验研究。利用模糊逻辑建模方法,对实验获得的非定常气动力数据进行了建模,并将非定常气动力模型应用于过失速机动中70°迎角定直飞行的仿真计算,分析了含自由来流非定常变化影响的非定常气动力数据对过失速机动飞行特性产生的影响。研究表明,考虑自由来流非定常变化的非定常气动力对飞机飞行过程中运动参数的变化和控制律设计都产生较大影响。因此在新一代战斗机的设计、研制中,深入研究飞机的非定常气动特性是十分必要的。

非定常自由流中的翼面动态压力测量

首先讨论了用埋测压管方式进行动态压力测量的可行性,然后利用这一方法对置于非定常自由流中的60°三角翼进行了动态压力测量。结果表明,一定管长和管径的测压管可以用于低频压力脉动的测量。动态测压结果表明,在减速过程中,负压系数增大;在加速过程中,负压系数减小;不同迎角下的压力分布曲线有很大差别。这主要是由于随着来流速度的改变,前缘涡的强度和结构发生变化造成的。来流速度的脉动幅值对压力分布也有很大影响,脉动幅值越大压力分布曲线变化越大。

来流局部干扰对三角翼气动特性的影响

通过在三角翼上游加入干扰圆柱的风洞实验方法，研究了来流干扰对微小型飞行器MAV（Micro Air Vehicle）气动特性的影响．结果表明，在刚性和弹性三角翼顶点上游加入圆柱干扰时，两者均出现缓失速，刚性翼产生缓失速与干扰圆柱尾流关系密切，弹性翼的缓失速不仅与此有关，还与弹性翼的振动有关．无干扰或在机翼顶点加入干扰时，在攻角为4^o～18^o内弹性翼的升力系数比刚性翼的要大，但升阻比相对要小．由于弹性翼的振动与机翼绕流结构、气动力之间的耦合，弹性翼顶点与翼尖振动的主频随着攻角增大呈规律性的变化，失速攻角附近翼尖的振动主频是其涡脱落频率．

多种因素对三角翼俯仰/滚转运动特性影响的数值研究

耦合求解NS方程和刚体动力学方程数值模拟80°后掠三角翼强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性,研究了转动惯量、轴承机构阻尼、翼面流态以及俯仰运动频率、振幅、平均俯仰角等因素对三角翼俯仰、滚转双自由度耦合运动特性的影响。结果表明:机翼的转动惯量和轴承的机械阻尼显著影响自由滚转的频率和振幅;在转动惯量、轴承摩擦和湍流等多种因素的共同影响下,三角翼的双自由度运动可能会形成台阶形式的振荡曲线;俯仰运动的振幅、频率以及平均俯仰角对强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性存在不同程度的影响。

俯仰振荡三角翼在非定常自由流中运动的实验

在南京航空航天大学已建成的国内首座非定常风洞内,研制了一套单自由度俯仰振荡实验装置,设计开发了一套对模型姿态和来流风速进行联合控制的软件。对一60°后掠三角翼模型进行了单独俯仰振荡运动和俯仰振荡与自由来流耦合运动的实验。实验结果表明:模型做单独俯仰振荡时,振动频率和振动幅值的影响只有在迟滞环出现后才起作用,而迟滞环的出现是由于翼面上的不同流态对外界扰动的反应时间不同造成的。非定常自由流对做俯仰振荡的三角翼气动特性有很大的影响,模型上仰过程中来流的减速,进一步提高了最大升力系数,推迟了失速迎角;模型下俯过程中来流的加速,则更进一步推迟了升力系数恢复到静态时的值。当翼面上产生破碎涡流时,非定常自由流的作用表现得更为明显。

外源激素对褐飞虱翅型分化的影响

该文报道外源蜕皮激素（ED）和保幼激素类似物（JHA）对褐飞虱NilaparvatalugensStal）翅型分化及体内酯酶活性、可溶性糖和游离氨基酸含量等的影响。福飞虱在3、4龄若虫期经JHA处理后，所羽化出的成虫短翅型比例明显升高；而在5龄若虫期处理，所羽化出成虫的短翅型比例无明显变化。ED处理能增加3、4龄若虫体内酯酶活性、可溶性糖及游离氨基酸含量，而JHA处理则能有效地抑制ED的这些生物活性，这可能是JHA处理后褐飞虱成虫短翅型比例提高的生理生化基础。

直升机旋翼/机身气动干扰的计算方法

应用先进的自由尾迹分析方法 ,对旋翼 /机身的气动干扰进行了计算。该方法建立在桨叶的二阶升力线模型、旋翼的全展自由尾迹模型、机身的源面元模型、旋翼的配平模型的基础上 ,通过迭代旋翼 /尾迹在机身上的诱导速度和机身在桨盘平面、尾迹定位点的诱导速度 ,形成一个全耦合的综合分析模型。在该模型中 ,采用“数值解 -分析解匹配”的方法建立了一贴近涡 /面干扰模型来计入机身对尾迹畸变的影响。作为算例 ,分别计算了旋翼 /机身组合状态机身上的定常、非定常压强分布和气动载荷 ,并与实验结果进行了对比 。

自由弹性机翼跨音速阵风响应分析

基于卷积模型发展了一种快速计算自由弹性机翼阵风响应的方法,并把这方法运用于跨音速阵风响应分析。此方法只需要用计算流体力学(CFD)方法计算一次弹性机翼在锐边阵风下的升力和广义坐标响应,任意形式的阵风响应可以迅速通过模型计算得到,计算效率和CFD方法相比得到了很大的提高。按照运输类飞机适航标准建立喷气运输机机翼在0.85马赫数时的模型,通过模型计算不同阵风形式下的响应,和直接CFD模拟的结果符合得很好,运用这种方法能快速计算各种阵风下的临界载荷响应包线。

二维近水面地效翼理论研究

文章利用奇点分布法对近自由表面飞行的二维地效翼进行了理论研究。与固壁不同,自由表面会在地效翼翼的作用下诱导兴波,而且波浪会传播至无穷远处。因此加大了理论分析和数值求解的难度。该工作的难点在于二维奇点在分层流体中运动的格林函数的求解与计算。通过与试验结果、其他数值模拟结果的对比,验证了文中方法的有效性。

某电磁弹射无人机复合材料机翼结构优化设计与分析

无人机已经成为航空领域重要成员之一。在无人机初步设计阶段,为减轻其结构重量,采用复合材料设计。复合材料在比强度和比刚度以及抗振和加工制造等方面优于其他传统材料,在无人机结构中得到了广泛的应用。由于复合材料层合板在生产加工过程中具有可设计性,在复合材料中已经成为使用最多的一种结构形式。以某型号电磁弹射无人机机翼为研究对象,建立了复合材料机翼结构的有限元模型,将机翼的结构重量作为优化目标,以机翼翼尖挠度和复合材料失效因子为约束条件,应用工程优化软件对复合材料翼面结构进行自由尺寸优化,整个优化过程需同时满足机翼强度及刚度要求。最终自由尺寸优化结果表明,复合材料的铺层比例和厚度分布在优化后得到了重新设计,比较之前的结构方案,优化后的铺层设计能够有效降低机翼结构质量,实现减重的优化目标。

非定常自由来流对静态三角翼气动特性的影响

在南航非定常风洞中,运用动态测力、测压和流动显示技术,详细研究了非定常自由来流对静态三角翼气动特性的影响和三角翼背风面空间流场结构的变化。研究结果表明,在不同攻角下,随来流速度的脉动三角翼气动特性产生的变化不同。非定常自由来流对静态三角翼气动特性产生的影响,主要是由于来流风速的变化对三角翼上翼面的流动结构产生的影响所造成,特别是在静态失速攻角前后,这种影响最为明显,它使原先翼面上的破碎涡流变成了集中涡流。