折叠式串列翼巡飞弹设计及验证方法研究

针对小型巡飞弹在开发和验证过程中难以采用风洞进行气动参数测试的问题,在对某型9 kg级串列翼巡飞弹进行总体设计的基础上,提出一种气动仿真/地面跑车/飞行试验相结合的巡飞弹设计及验证方法。由飞行试验数据可知,实际巡航空速均值(31 m/s)与设计巡航空速(30 m/s)相差3.3%,实际巡航油门比例均值(0.70)与设计巡航油门量(0.66)相差6.1%,俯仰及滚转姿态误差≤3°,证明该方法合理可行,为该类型飞行器的设计及验证提供了一条思路。

串列翼飞行器机翼耦合特性研究

串列翼飞行器由于其前后翼以及机身之间的相互干扰,气动特性复杂且难以预测。针对一款串列翼飞行器,以前后翼之间的垂直距离为变量,设计了五种气动布局,并使用CFD方法进行了数值模拟计算。通过对五种布局升阻特性与俯仰特性的比较及分析,发现前后翼垂直方向距离会显著影响整机升阻比、俯仰稳定性、气动中心位置以及压力中心位置。两翼间垂直方向上的距离越大,飞行器升阻比越高,且气动中心更加靠后。而在两翼间距离相同的情况下,前翼在下的布局拥有更高的升阻比,而前翼在上的布局拥有更好的俯仰静稳定性。

后翼上反串置翼无人机气动特性研究

针对未来机体占用空间小并且具有高机动性飞行器的设计需求,提出后翼具有上反角的串置翼布局.采用N-S控制方程的有限体积法离散格式,选取剪切应力运输(SST)k-ω两方程湍流模型对以后翼上反角为变量的4组模型进行数值模拟分析.通过理论分析与验证机实验相结合的方法,研究了前后机翼间气动干扰特性以及后翼上反对飞行性能的影响.研究结果表明后翼上反角可避免平飞时前翼尾流对后翼的冲击,保证小攻角时的巡航稳定性.同时分析了由前后翼间持续相互干扰作用造成的不良影响,并提出了解决方案.研究论证了串置翼后翼上反能够替代垂尾起到横航向安定作用,并且通过取消垂直安定面降低了飞行器结构重量和浸润面积产生的阻力.

炮射电动无人机总体概念设计方法研究

结合弹载体约束条件,建立了炮射电动无人机的概念设计方法.推导了考虑电池质量约束条件下满足巡航时间下的最大载荷量和满足载荷要求下的最大巡航时间两种设计目标.以直径为155 mm的弹载体为例,提出了4种弹载折叠无人机布局方法并进行了概念设计.比较了4种布局的优缺点,得出该口径的弹载体下的最大理论载荷量和最大理论巡航时间.

串置翼太阳能无人机气动特性仿真与设计

国内外试飞成功的太阳能无人机均采用常规机翼布局。设计确定一种太阳能螺旋桨无人机总体参数,机翼采用串置翼。应用FLUENT并基于3D粘性流场计算,验证表明串置翼比单翼具有气动优势。在迎角0°和6°下,对串置翼前后翼水平及垂直相对位置60种变化组合,模拟计算组合翼型升阻特性。结果表明两翼水平距离为5倍弦长和垂直距离为0.4倍弦长下,串置翼气动性能最佳。进一步确定翼及副翼和舵参数,制作完成缩比模型并试飞。

基于滑移网格技术的串列翼推进性能分析

以有限体积法结合Standard k-ε湍流模型求解黏性不可压缩Navier-Stokes方程,采用滑移网格技术实现了串列翼前后翼间的相对运动,分析了前翼拍动后翼静止的串列翼系统的推进性能.探讨了衰减频率、拍动振幅以及前后翼间距对串列翼推进性能的影响.计算结果表明,串列翼的推力主要由前翼产生,且在一定的衰减频率和拍动振幅范围内,串列翼均较传统的单翼拍动具有更高的推进效率,同时,前后翼间距对串列翼推进性能影响不大.

临近空间飞艇排翼式艇翼气动干扰实验研究

临近空间排翼式升浮一体飞艇是运行在临近空间环境,由水平、垂直方向具有一定几何间隔的两个艇翼连接两个囊体构成的新型低速飞行器。本文通过研制附加支架,使用一种低雷诺数风洞测量了两个对称翼型在水平、垂直方向相对位置、雷诺数、迎角等参数变化的情况下,前翼型模型对后翼型模型的升力和阻力系数干扰值的定量结果;对其变化规律进行了总结,并通过自由飞模型对由实验数据推导出的前、后机翼间的气动干扰进行验证,得出一些对排翼式布局飞行器总体设计有指导意义的经验数据与结论。

二次响应面联/排翼布局飞机焦点计算

排翼布局飞机比较常规气动布局飞机具备诱导阻力小、结构效率更高、机翼最大几何尺寸小等优势,但是因为前后机翼间的气动干扰,使得机翼整体的气动效率无法达到理论值,使得全机焦点位置偏离理论位置,本文通过风洞实验获得前翼对后翼的气动干扰的离散测量值,利用二次响应面拟合前翼对后翼的气动干扰,根据力的合成原理获得经过修正的全机焦点,经过四种不同布局型式的自由飞模型的实际应用,验证了该方法计算联/排翼布局飞机全机焦点的可行性。

串置翼型数值模拟及气动特性分析

串置机翼构型研究自从19世纪70年代之后已经成为航空领域的一个研究焦点。研究人员发现,此种布局构型除了结构和质量方面的优势,在理论上通过改变2个机翼之间的升力分布可以使得飞机的诱导阻力有较大减少。这种非常规布局为未来飞机设计提供了一个很好的选择。本文采用二维RANS方程求解器并结合S-A湍流模型对串置翼型在±6°翼差角的不同水平相对距离组合位置进行了数值模拟计算。计算结果表明,在负的翼差角下,水平相对位置越远,串翼系统的升阻比越高;在正的翼差角下,较近的水平相对位置升阻比较高。

两串列扑翼的相位差对平均推力影响机理的实验研究

在一个低雷诺数的循环水洞中,实验研究了前后翅翼之间的相位差对两串列扑翼平均推力的影响.利用一个三分量的Kistler压力传感器来测量扑翼的瞬时力;利用一个数字粒子测速仪系统(TSI DPIV)来测量扑翼的前缘涡以及其周围的流场.当相位差从0?增加到360?,前翅的平均推力随着相位差正弦变化;前翅平均推力的增加是由于后翅的前缘涡和滞止区域增加了前翅的有效攻角.后翅平均推力曲线有一个明显的V字形低谷.低谷处较小的平均推力是由于前翅的脱落涡抑制了后翅前缘涡的形成并且减小了其有效攻角.当间距为0.5倍弦长相位差约为290?时,前后翅翼平均推力系数的合值能达到最大值0.667,明显大于两倍的单翼平均推力系数(2×0.255).

基于单纯形搜索法的气动实验设计方法

气动实验是针对气动设计指标,为评判设计方案优劣所进行的实验。方案设计要进行大量反复迭代的特点,使得总体气动实验工作量很大。基于此,提出单纯形搜索法指导气动实验设计方法,单纯形搜索法无需数学模型,计算简单。通过排翼布局前翼对后翼气动干扰的风洞实验,证实了基于单纯形搜索法的气动实验设计方法的有效性,同时气动实验结果很快收地敛到能接受的误差范围内。

一种小型单兵巡飞弹的气动外形设计

文中针对一种适合于单兵使用的小型攻击型巡飞弹进行气动外形设计和分析。在考虑低雷诺数效应和封装特性要求的前提下确定了巡飞弹设计基本指标和串列翼气动布局形式,完成了气动外形设计工作;对所构造的巡飞弹气动外形在设计和非设计条件下的气动力进行了数值模拟。计算结果表明所设计的巡飞弹构型满足设计指标要求,具备良好的飞行性能。设计所得的相关结论可为工程应用提供一定参考。

复合无人飞行器气动特性研究

基于对复合无人飞行器三维流场数值模拟计算,比较分析了串列翼布局方案和单机翼布局方案复合无人飞行器在巡航状态下的气动性能优劣。分析了串列翼系统中前后翼气动特性上的差别,前翼的气动效率要高于后翼,前翼要先于后翼失速。研究了前后翼垂直相对距离对串列翼气动性能的影响。计算了不同迎角下全机的气动力系数,通过分析机身和机翼对全机气动力贡献情况,建议对于复合无人飞行器气动设计,机翼设计以获得较大的升力系数为目标,机身设计以获得最小的阻力系数为目标。

排式双翼布局低雷诺数气动特性计算研究

作为一种新型的气动布局形式,排式布局对低雷诺数流动具有较高的气动效率,适用于柔性可充气飞行器,比如充气式飞机或是高空飞艇。但是,由于前、后翼之间强烈的气动干扰现象,目前对此类布局的气动特性认识还十分有限。为了充分理解这种布局的气动特点,在前期风洞试验的基础上,开展了数值模拟工作,详细地研究了低雷诺数情况下翼型厚度、表面波纹状外形及后翼偏转角度等几何因素对此类飞行器气动特性的影响规律。计算结果表明,在计算的迎角范围内,排式布局能通过前后翼之间的气动干扰延缓或抑制机翼后缘处的流动分离,从而提高整体气动效率,因此排式布局在未来很适合应用于小型无人机或是飞艇等可充气式飞行器构型上。

筒射串翼无人机展开动力学分析

对折叠串翼无人机发射展开过程的动力学分析是无人机总体设计和展开机构设计的关键。基于Newton-Euler方法建立描述串翼无人机展开的多刚体动力学模型。基于嵌套动网格方法计算机翼展开过程中的非定常气动特性,并与稳态气动参数进行比较。结合展开过程的气动特性变化和多刚体动力学模型,分析机翼展开速度和展开顺序对发射展开段弹道扰动的影响。仿真结果表明:机翼展开速度过快或者过慢都会对展开段弹道有较大扰动,当展开速度过快时惯性力起主要作用,当展开速度较慢时气动变化起主要作用;同时,前翼先展开、后翼后展开不利于初始发射段弹道的稳定,而前翼后展开、后翼先展开有利于初始发射段弹道的稳定;采用前后机翼同时展开且展开时间为0. 20 s的展开方式能够满足尽量减小对弹道的扰动要求。

螺旋桨分布对小型串列翼无人机气动特性影响研究

针对螺旋桨滑流对串列翼无人机前后机翼气动影响问题,运用多重参考系方法对不同螺旋桨分布的小型串列翼无人机及其干净布局进行了数值模拟仿真分析。研究结果表明,螺旋桨滑流产生的涡系对小型串列翼无人机的气动特性影响明显,螺旋桨安装在机身前部其俯仰力矩系数相对其他布局变化最大;安装在机翼中部前缘位置,对前后翼升力影响变化较为复杂,但俯仰力矩系数相对其他布局变化较小;安装在前翼翼尖的螺旋桨其正转方向相对于反转方向具有较好的升力特性。

计入螺旋桨干扰的倾转机翼飞行器气动特性研究

倾转机翼飞行器不仅拥有直升机固有的垂直起降能力,还具备传统固定翼飞行器特有的高速巡航的特点,是目前军民用飞行器研究的热点之一。针对传统倾转机翼飞行器存在螺旋桨气动效率低、倾转机构复杂的问题,提出四发串列式倾转机翼垂直起降布局形式,对该布局飞行器进行总体设计,完成螺旋桨周围流场特性、螺旋桨间干扰特性、螺旋桨和机翼之间干扰特性的研究分析,并制作验证机进行验证。结果表明:该布局很好地解决了螺旋桨气动效率低、传动机构复杂的问题,具有较强的可实现性及实用性。

一种小型筒射无人机外形设计与气动分析

小型筒射无人机是一种新型的无人飞行器,在战场中有其特殊的用途。根据小型筒射无人机的特点,构造了具有串列翼特征的无人机气动布局并进行了数值仿真计算,分析了无人机的升阻特性、纵向静稳定性和横航向静稳定性。计算结果表明,该方案满足设计要求,可为小型筒射无人机总体设计及相关理论研究提供借鉴和参考。

蜻蜓滑翔时三维串列柔性双翼气动效能分析

为进一步揭示蜻蜓翼在被动的柔性变形和串列双翼柔性干涉作用下对气流的影响机制,基于STAR-CCM+软件,采用流固耦合方法对Navier-Stokes方程进行数值求解。研究了杨氏模量为3800 MPa、泊松比为0.25时,蜻蜓柔性复翼的变形及其气动特性响应规律。研究表明:蜻蜓翼保持正向高置差气动布局均会带来相似且有益的影响。迎角5°时,1.2 mm的高置布局相比低置气动布局的升力系数提升了5.2%,当迎角增大到25°时,差值达到19%。双翼干涉效应下,前翼的气动特性会得到明显的提升,后翼虽会损失一定的气动力,但总体而言,动态干涉是有益的。从双翼气流分离下诱导的后缘涡强度来看,后翼的涡要明显强于前翼。9 m/s以后,蜻蜓滑翔时由前翼承担主要载荷的方式缓慢过渡到后翼,而且后翼翼梢处受载较明显,其最大变形达到16 mm;扭转变形方面:速度一定时,随着滑翔时失速迎角增大,后翼的动态弯扭变形明显强于前翼,验证了蜻蜓翼大迎角下利用后翼机动滑翔的观点。

串列扑翼间前缘涡在不同间距下对平均推力的影响

利用压力传感器测量扑翼的瞬时力,利用数字粒子测速仪(digital particle image velocimetry,DPIV)系统测量扑翼的前缘涡以及周围的流场,来揭示前缘涡在不同间距下对扑翼平均推力的影响.实验在一个低Reynolds数循环水洞中进行,两串列扑翼均做二维正弦平动.在固定的相位差下,当间距增加时,后翅前缘涡对前翅的影响具有相似性,均提高或者均降低前翅的平均推力.前翅平均推力的提高是由于后翅的前缘涡提高了前翅尾部的射流速度以及有效攻角.随着间距的增加,后翅前缘涡对前翅的影响急剧下降,使得前翅的平均推力快速接近于单翼值.在固定的相位差下,当间距增加时,前翅的脱落涡对后翅的影响变化非常大,后翅的平均推力可能先升高后降低,这是因为间距改变了前翅脱落涡作用于后翅的时间点.当前翅脱落涡遇到后翅,并且和后翅的前缘涡有相同的旋转方向时,前翅的脱落涡会抑制后翅前缘涡的形成,并且后翅的有效攻角减小,其平均推力降低.如果这两个涡的旋转方向相反,那么后翅有效攻角就会增大,平均推力值就会提高.