水平风洞模型自由飞试验技术研究现状及展望

介绍国外水平风洞模型自由飞试验技术研究现状,阐述水平风洞模型自由飞试验平台的组成、作用与意义,重点展望该试验技术的应用前景。对试验平台中动力相似模型设计加工技术、动力模拟技术、舵机运动控制技术、模型姿态实时精确测量技术、飞行控制系统设计与集成技术等关键技术问题进行分析,对发展该试验技术具有指导作用。完善水平风洞模型自由飞试验技术,把传统风洞试验拓展到流动-飞行-控制一体化试验,有利于全面研究和充分挖掘飞行器的气动性能与控制性能,对新一代飞机器的发展、新概念新技术的工程应用将起到重要的推动作用。

某型飞机模型失速/尾旋飞行试验技术

根据某型飞机失速/尾旋飞行试验参数测试的需要,提出一种飞机模型自由飞失速/尾旋飞行试验的测试技术,该技术包含测量原理与方法、测试系统组成、具体的实施步骤和方法、数据处理流程以及测量精度的检查等。经过10多架次的飞行试验证明,该技术实用、安全,测量数据可靠、精度高,测量结果能够满足此型号飞机失速/尾旋飞行试验的要求,并可在同类飞行试验课题中推广应用。

Φ5m立式风洞尾旋试验技术

中国空气动力研究与发展中心于2005年建成了Φ5m立式风洞。该风洞的主要功能是开展飞机自由尾旋风洞实验研究。因此,飞机尾旋试验研究与风洞建设同步进行,并于Φ5m立式风洞建成时就进行了一期民机的自由尾旋试验。笔者着重介绍了本期飞机自由尾旋试验的试验方法、试验设备、图像采集与处理、动力相似模型设计以及飞机尾旋特性分析。通过LE-500飞机中俄自由尾旋对比试验结果分析表明:两座立式风洞中的同一飞机模型的尾旋试验结果具有较好的一致性,中国空气动力研究与发展中心Φ5m立式风洞具备了开展飞机自由尾旋试验研究的能力。

失速/尾旋模型自由飞试验的空间设计问题

本文论述了在制定飞机的失速/尾旋模型自由飞试验总体方案时必须充分考虑的空间利用问题之重要性;分析了制约试验空间的诸因素;提出了设计飞行剖面的工程估算方法——其中一些半经验方法之使用效果已为我们的自由飞试验所证实;以我们已成功地进行过的带动力遥控试验机、摇控热气飞艇带飞/投放、飞机带飞/投放的失速/尾旋模型自由飞试验为例,剖析了组成整个飞行剖面的各个飞行阶段之特点和影响因素,并以此为据提出了充分利用自由飞试验空间的一些见解。

先进战斗机过失速机动模型飞行试验技术

具有过失速机动能力的战斗机在近距空战中能够取得快速占位、先敌瞄准、有效规避攻击的战术优势,是先进战斗机的标志性性能要求。模型飞行试验技术作为空气动力学研究三大手段之一,在解决飞行器技术难题、实现技术创新方面发挥了重要作用。本文介绍了中国空气动力研究与发展中心利用带动力自主控制模型飞行试验平台发展的过失速机动模型飞行试验技术,以及开展的先进战斗机构型典型过失速机动模型飞行试验,分述了在大迎角非定常气动建模、宽量程气流系参数测量、大迎角非线性控制、推力矢量控制、大迎角非定常气动参数辨识方面的研究工作与解决这些关键问题的技术途径。通过此项研究,在国内首次实现了先进战斗机构型缩比模型典型过失速机动飞行,相关研究成果可为先进战斗机实现过失速机动飞行能力提供有力的技术支撑。

非定常多体分离风洞试验技术几个关键问题

为完善非定常多体分离风洞试验技术,增进相关领域的研究人员对该类试验技术的了解,对两种研究飞行器多体分离问题的非定常风洞试验技术——多体分离风洞自由飞试验技术和风洞投放模型试验技术,技术特点、相似准则及应用领域等方面的共性特点和差异作了总结和分析。比较了两种试验技术相似准则问题中的轻、重模型两种方法的优缺点,给出了两种非定常多体分离风洞试验技术在级间分离、子母弹抛撒分离和导弹蒙皮/壳片抛撒分离、重块抛撒分离和整流罩分离、飞机外挂物投放分离和内埋武器投放分离等各类多体分离问题的适用性对比分析。

旋转钝锥高超声速自由飞气动导数非对称性

分别从采用轴对称假设和考虑非对称性的角运动方程出发,通过对高超声速下(M=6)10°半锥角旋转钝锥双平面拍摄风洞自由飞试验结果进行气动参数辨识,对旋转钝锥高超声速自由飞行状态下气动导数的非对称性问题进行了分析。通过对比辨识曲线与观测值的重合性,证明轴对称旋转飞行器存在气动导数非对称的问题,其动导数和Magnus力矩导数均存在较明显的非对称性,动导数的非对称性尤其严重,而静导数的对称性则较好。进一步分析发现气动导数的非对称性对旋转飞行器的瞬态角运动、及总迎角的峰、谷值及相位均存在明显影响,采用轴对称假设而获得的瞬态角运动将存在一定误差。旋转飞行器气动导数非对称性的影响不可忽略。

飞机反尾旋伞系统设计准则

简要介绍了反尾旋伞系统的工作原理、构成和分类。在综合国内外研制与试验经验的基础上 ,详细讨论了有关反尾旋伞系统的设计准则 ,主要包括系统的一般要求、伞选择、开伞、抛伞、系统控制、伞载荷与结构载荷确定等。最后 。

飞机失速/螺旋模型自由飞试验总体方案构想中几个问题的分析

本文对制定飞机失速/螺旋模型自由飞试验总体方案时必然会遇到的一些重要问题进行了分析,其内容涉及模型缩尺比例数 K 的最佳选取、确定飞机进入螺旋特征模拟高度 H_A 的依据、模型投放高度 H_m 的变化范围和试验模型质量 M_m 的控制问题。本文所作的各种分析和提出的原则对各种模型自由飞失速/螺旋试验研究具有普遍意义。

超声速飞行器头罩分离风洞投放模型试验

采用风洞投放模型试验方法对稠密大气层内超声速飞行器两瓣罩旋转分离的运动特性进行研究,试验复现了飞行器两瓣罩旋转分离的整个动态运动过程,并得到飞行器头罩分离后两瓣罩运动轨迹和姿态角的变化规律,试验马赫数Ma=1.5。研究表明:飞行器两瓣罩在预置弹簧力作用下张开一定角度,气流进入两瓣罩腔内后压力迅速升高,高动压气流会对两瓣罩在分离过程中的受力情况产生重要影响,当两瓣罩根部与弹体间的铰链在临界解锁角η0分离进入"自由飞行"阶段后,两瓣罩的运动轨迹和姿态角主要由气动力控制;弹体飞行迎角α=0°时,上下两瓣罩的运动轨迹和姿态角基本对称,弹体飞行迎角α=-5°时,上下瓣罩的运动轨迹和姿态角明显不对称性,弹体迎角α对两瓣罩分离特性影响比较显著。

飞机失速/偏离问题研究的技术途径

本文简略地评述了模型自由飞、立式风洞自由飞和常规风洞自由飞这三种模拟试验方法在飞机尾旋问题研究中的作用;着重分析了开展飞机失速/偏离问题研究的重要意义以及利用现有的大型常规低速风洞进行风洞自由飞试验的必要性与可能性;对旋转天平在飞机尾旋问题研究中的作用提出了一些看法。

基于某模型自由飞试验的测控与信息传输系统设计

针对模型自由飞试验的技术要求,设计了某模型自由飞试验使用的测控与信息传输系统,针对系统设计要点突破了多项关键问题,给出了系统关键点的设计方法和具体实现过程,并结合实例和仿真给出了相应的结果,通过地面试验对整个测控与信息传输系统的性能进行测试,包括地面及机载收发信机的接收灵敏度测试、系统时延测试等,试验结果表明,收发信机接收灵敏度及链路延时等指标都能满足模型自由飞试验的要求;对同类型系统设计有重要参考价值。

模式蛋白分离用的A3-2型空间连续自由流电泳仪

目的研究空间微重力环境对电泳分离的影响,证实自主研制的A3-2型电泳仪的设计和工艺,为我国空间电泳研究的发展和生物材料加工及空间制药奠定基础。方法用A3-2型连续自由流电泳仪,分别在地面和空间对细胞色素C和牛血红蛋白两种模式蛋白进行电泳分离实验,对其结果进行分析比较。结果电泳仪在“神舟”4号飞船上成功地进行了空间电泳分离实验,并获得了完整的飞行试验数据。返回舱着陆后,回收的电泳仪装置完好无损,得到了全部(30管)分离产物。结论在线光电检测及分离产物的检测结果都说明,空间微重力环境下的电泳分离效果明显优于地面的结果。飞行试验表明,A3-2电泳仪的结构设计和工艺是正确和可行的,它为我国首次进行的空间电泳分离实验取得圆满成功提供了保障。

模型自由飞试验——研究航天飞机天气侵蚀问题的必要途径

本文阐明了研究航天飞机天气侵蚀效应的必要性,分析了天气侵蚀试验的模拟条件,论述了模型自由飞模拟试验在航天飞机和其它再入飞行器的天气侵蚀问题研究中的作用,最后对我国开展航天飞机天气侵蚀研究之技术途径提出了一些看法。

光测在模型自由飞试验中的应用

主要讨论了采用光测设备测量模型自由飞的轨迹问题。针对模型自由飞的特点,综合利用两台小型激光电视测量系统(OKA)、GPS、全站仪(TCRA1101)等现有设备,设计了安全、可靠的模型自由飞跟踪、测量方案;利用方向余弦交会算法,对测量的模型自由飞数据进行处理,并采用两种不同的方法进行了测量精度检查,结果表明测试精度满足测试要求。

现代飞机失速／过失速／尾旋飞行试验技术

概要介绍了现代飞机失速／尾旋研究的途径、失速／过失速／尾旋试飞验证的目的、试验方法和测试要求。较详细地介绍了现代飞机失速／过失速／尾旋试飞验证的程序和步骤，对装有迎角限制器飞机的特殊要求，应急改出尾旋装置的安装使用以及与安全有关的一些注意事项。

俄罗斯飞机模型动态试验与失速/过失速模态研究回顾

前苏联/俄罗斯拥有众多知名的飞机设计局,在过去的一个世纪里,形成了完备的飞机科研体系。飞机失速/过失速(尾旋)是飞机研制的重要方面之一,前苏联/俄罗斯各飞机设计局以及其它航空科研机构在该问题上投入了巨大的人力和物力,在风洞静态试验研究之外,还利用动态试验技术深入研究了不同布局飞机的失速/过失速特性,这些试验包括风洞虚拟飞行试验、尾旋风洞自由飞尾旋试验、尾旋风洞旋转天平试验、投放式模型自由飞试验、火箭助推式模型自由飞试验等。这些动态试验对俄罗斯飞机的边界/超边界飞行研究发挥了重要作用。对前苏联/俄罗斯各飞机设计局的飞机在研制过程中,针对失速/过失速模态的动态试验进行回顾,对国内飞机研制提供帮助。

二次成像法在风洞模型自由飞运动记录中的应用

风洞模型自由飞是一种无支杆干扰的非接触式气动特性测量方法。为获得相对于实验室固定坐标系的精确的模型姿态和位置测量值，必须在成像照片中有固定坐标系框架标志的清晰影像。本文描述了在高超声速脉冲风洞中模型自由飞运动记录中二次成像法的应用。以０．１ｍｍ细线所构成的正交实验室固定坐标框架置于模型运动记录的第一次成像面上，然后用高速鼓轮相机记录模型自由飞相对于坐标系运动的清晰照片，从而获得模型在高超声速（Ｍ＿∞＝９．９）流动条件下的静、动稳定性导数的有效结果。

大型飞机的极限飞行状态研究

根据国家民用航空局的适航条款与咨询通告要求,飞机研制单位需表明飞机的失速/过失速特性以及改出特性,该项试验属于飞机的极限边界飞行和超包线飞行。原型机实施该项试验存在极大的风险,历史上出现过多起机毁人亡的重大事故。原型机缩比模型自由飞试验可以捕捉到模型静态测力试验条件下所未发现的飞行动态特性,以及检验飞机在危险状态下的改出能力,降低原型机失速试飞的风险。某大型飞机在失速试飞前利用模型自由飞试验技术检验了飞机在极限飞行条件下的动态特性,确认了飞机在失速条件下存在偏离以及发展稳定尾旋等;同时确认了飞机具备失速改出能力,采用"三中立"、"反舵,推杆"和"实施开反尾旋伞"均能迫使飞机改出失速/过失速状态。

小型通勤类飞机失速特性的自由飞验证试验研究

在对某小型通勤类公务机进行风洞实验预测时,发现飞机失速后其滚转特性会发生急剧变化。在分析该型飞机风洞实验结果的基础上,采用机翼加装失速条的失速特性方法,通过缩比模型自由飞试验进行飞行验证,分析在巡航构型和着陆构型状态下原始机翼和机翼加装失速条后的试飞结果。结果表明:缩比模型自由飞试验能够验证机翼风洞试验的预测结果,加装失速条的失速特性改进方法可以改善飞机失速特性。