基于NSGA-Ⅱ算法的机翼风洞模型静强度试验加载方案优化设计

针对机翼风洞模型的静强度试验,提出一种基于NSGA-Ⅱ算法试验加载方案的优化设计方法,包括加载布局的设计和试验载荷的多目标优化设计。加载布局的设计中引入控制剖面的设置,并在此基础上建立试验载荷的多目标优化设计模型,以控制剖面内的剪力、弯矩和转矩误差为优化目标,以静力等效原则和误差最小要求为约束条件,并以CHN-T1标模为例,基于NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化模型的求解,算法采用可行性法则处理约束条件。最终求解出最优的试验加载方案并进行方案的有限元仿真验证。结果表明:试验方案与流固耦合下的理想试验的最大等效应力、应变值和变形位移的误差均小于6%,经优化设计的加载方案较好地模拟了气动载荷。

机翼颤振模型试验在课程教学中的应用与实践

机翼颤振模型是一种观测气动弹性颤振现象的实验装置。利用风洞、振动采集系统等仪器设备,在人为控制风速、振动扰动等条件下,引起模型的气动弹性动力失稳,进入自激振动(颤振)状态。通过观察、测定和分析响应信号,帮助学生理解颤振发生的力学机制,获得气动弹性的相关知识,并发展防颤振设计的能力。本文基于气动弹性力学设计、结构弯扭刚度解耦技术、3D打印等创新手段,开展颤振风洞试验模型的自主设计与研发,应用该模型开展气动弹性教学,获得了实践教学数据。目前机翼颤振教学实验与飞行器结构力学、气动弹性概论等课程一起,共同组成了飞行器设计与工程(飞设)专业核心课程体系,是工科飞设专业的重要教学实践环节。

风洞模型静弹性变形对气动力影响研究

介绍了一种基于模型变形视频测量系统和计算空气动力学研究静弹性变形对气动力影响的方法。利用模型变形视频测量系统获取模型在气动载荷作用下的静弹性变形,驱动模型表面网格运动,得到模型变形后的表面CFD计算网格。CFD计算变形前后网格外形下的气动力,研究模型变形对模型气动特性的影响。对一大展弦比连接机翼的测量与计算结果进行了分析,分析结果表明:模型变形对升力系数影响最大发生在升力线性变化的最大迎角附近,模型变形对阻力系数影响最大发生在失速迎角附近,模型静弹性变形对气动力的最大影响量远远超出风洞测力实验的精度指标,因此开展风洞模型静弹性变形影响研究与修正是十分必要的。

三种跨声速洞壁干扰修正方法及其在小展弦比飞翼标模试验中的应用

在FL-24风洞进行了带壁压信息测量的小展弦比飞翼标模测力试验,并在FL-26风洞进行了洞壁干扰验证试验。本文利用小扰动位流壁压信息法、全速势位流方法、基于RANS的壁压信息法三种方法开展飞翼标模的洞壁干扰修正研究,并与试验结果进行了比较。结果表明,飞翼标模洞壁干扰呈现与翼身尾常规布局不同的规律,三种方法在飞翼标模洞壁干扰修正中有各自的适用性。

折叠变体飞行器风洞试验特种模型设计

特种高速风洞试验模型设计一直是风洞试验领域的难点问题。针对某变体飞行器高速风洞试验任务提出的运动性能指标,设计开发了可控的折叠变体试验模型,对其设计方案及工作原理进行了阐述,对折叠变体传动机构进行了优化和角度误差的分析与计算。结果表明该试验模型能够对机翼折叠变体角度进行连续、稳定和精确控制,完全达到了设计要求的各项指标。

超临界机翼跨音速颤振风洞试验研究

某先进民用支线飞机采用超临界机翼设计,跨音速颤振特性是超临界机翼的重要关键技术之一。颤振模型风洞试验是民机研制阶段最有效的跨音速颤振特性适航验证试验。设计了某民机超临界机翼跨音速风洞颤振试验模型并进行颤振风洞试验,根据试验结果并结合亚音速颤振分析和压缩性数值分析,得到了超临界机翼的跨音速颤振压缩性修正曲线。研究表明,超临界机翼跨音速颤振速度最大压缩性修正系数较小,风洞试验结果与理论分析吻合较好,试验结果可以用于飞机的适航取证。

机翼喷流增升机理的风洞试验研究

在西北工业大学NF-3风洞中对以喷气襟翼为基础的运输机新型高效增升系统的机理进行研究。简述了基于喷气襟翼的运输机增升装置、风洞试验装置和试验模型的设计,给出了喷气压力、喷流速度和简单襟翼偏角参数对增升效果和飞机气动性能影响的研究结果。研究表明:以喷气襟翼为基础、结合简单襟翼有可能满足运输机高效增升的要求;下翼面后部喷气不仅在升力方向产生分量,且能有效推迟机翼失速、提高下翼面压力、增加机翼环量,从而增加升力。

极小展弦比背鳍气动特性研究

对极小展弦比背鳍进行了风洞实验和CFD分析。研究表明:亚声速大迎角下背鳍涡破裂影响不严重,且涡破裂迎角较大;正侧滑通常使背鳍法向力增加,负侧滑使法向力降低;CFD分析证实了大负侧滑条件下翼片法向力会变成负值,从而引起十字翼在倾斜条件下滚转力矩发生突变。

有翼飞行器高超声速动导数的风洞自由飞测量

对具有典型意义的有翼航天飞行器模型在力学所JF 8A脉冲型高超声速风洞中M =6.2 6,M =7.91和M =9.2 9条件下进行了模型自由飞实验。由记录的运动经最大似然法作参数辨识后得到了它们的俯仰阻尼导数。实验结果显示 ,在实验范围内模型具有动态稳定性 ,同一名义实验条件下的重复性实验呈一致的运动规律并具有接近的动导数测量结果。实验范围内马赫数的变化 (从 6.2 6到 7.91 )以及模型质心位置的轴向移动 (从 0 .5 0到 0 .60 )没有导致俯仰阻尼系数的明显变化 ,其量值在- 1 .5附近。而马赫数 9.2 9时阻尼值变小 ,其主要原因可能是由雷诺数的变化所引起。此外 ,考虑恢复力矩的非线性影响后 。

飞翼模型高速风洞PIV试验研究

对小展弦比飞翼标模在2.4米跨声速风洞中创新开展了PIV试验。对空风洞进行了测速校核,并对小展弦比飞翼标模开展了二维、三维涡迹PIV测试,试验马赫数为0.4~0.9。测试结果表明,2.4m风洞PIV试验数据具有较高的准确度,M≤0.8时空风洞测速结果与理论值相差不超过1%,M=0.9时相差不超过2%。小展弦比飞翼标模测试结果显示,M数增大使机翼尾涡涡量和切向速度增大,涡核向内展向方向移动。前缘涡与上翼面分离具有密切关系:当M=0.8、α≤12°时,翼梢测试截面的前缘涡尚未破裂,上翼面未发生显著的流动分离;当α≥13°时,前缘涡破碎时机提前,当地后1/2弦长区域产生了比较明显的流动分离。

折叠变体飞行器风洞试验模型设计与可靠性分析

特种高速风洞试验模型设计一直是风洞试验领域的难点问题。针对某变体飞行器高速风洞试验任务提出的运动性能指标,设计开发了可控的折叠变体试验模型,对其设计方案及工作原理进行了阐述,并对传动机构进行了优化设计,而后对传动机构进行了可靠性分析与计算。结果表明该试验模型能够对机翼折叠变体角度进行连续、稳定和精确控制,完全达到了设计要求的各项指标。

伸缩机翼变体飞机气动布局初步研究

针对侦察-打击一体化飞机的性能需求,提出了一种伸缩机翼变体飞机气动布局概念方案,采用气动力计算、风洞试验、缩比飞行模型研究等手段,对其机翼展开与收缩等不同状态的气动特性进行了分析,验证了机翼展开状态升阻比高、续航时间长和机翼收缩状态阻力小、加速冲刺性能好的设计思想。研究结果表明,伸缩机翼变体飞机能够适应侦察-打击一体化飞机的需要,具有广阔的应用前景。

翼吊短舱形式发动机推/阻划分的风洞试验研究

为了确定在实际飞行条件下,当发动机状态变化时,进排气系统损失对飞机气动特性的影响,针对翼吊短舱形式的发动机开展了缩比模型风洞试验,分别进行了巡航构型与起飞构型,马赫数0.1,0.15,0.2,攻角0°~15°,发动机外涵喷管落压比1.22,1.32,1.44,1.53,1.61等条件下的风洞试验。通过数据分析,明确了该类型发动机推/阻划分的基本方法,分析了发动机状态变化时飞机气动特性的改变及修正方法。风洞试验结果表明:发动机状态变化对飞机升阻特性影响明显,必须建立合理的推/阻划分体系,对实际使用条件下,发动机状态变化引起的进排气损失进行修正,通过本文建立的推/阻划分体系,计算得到的发动机安装净推力与风洞试验结果最大偏差为1.6%。

大展弦比机翼低速静气动弹性模型的设计、制作和风洞试验

通过弹性相似模型的风洞试验研究大展弦比机翼在弹性变形下的气动特性是研究飞机静气动弹性特性的重要手段。发展了一种静气动弹性模型低速风洞试验技术,针对某大展弦比机翼,设计、制作了缩比弹性结构相似模型,在南京航空航天大学NH03风洞进行了低速静气动特性风洞试验。详细介绍了弹性模型的各项技术和风洞试验结果,结果表明该项技术适合大展弦比机翼静气动弹性特性的研究,试验结果可作为大展弦比机翼设计的重要参考。

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。

半模机翼振动对气动性能影响的风洞试验研究

为了验证翼型振动测压试验结果和有关振动数值模拟文献的计算结果,设计完成了对称翼型NA-CA0012和层流翼型NACA64-210两种半模机翼的低速风洞振动试验。通过专门研制的半模振动模型,选取5种激振方式,用直接测力法得到了模型在静态和不同激振方式下升力特性变化曲线,分别研究了振动频率、雷诺数、自然转捩和固定转捩、数据采集方式等参数对机翼气动特性的影响。试验结果表明:半模机翼振动的气动特性与二元翼型和数值计算情况有所不同,其影响因不同翼型构型、不同采集方式和翼面不同流动模式等会产生不同效果。并对产生原因进行初步探讨。

一种智能材料结构在变形体机翼气动特性研究中的应用

为验证所提出的智能材料结构在柔性变后缘机翼气动特性研究中应用的可行性,在跨声速风洞中运用模型变形视频测量技术测量了机翼后缘的偏转变形量,并记录了偏转变形的动态过程。同时测量了上翼面的压力分布。实验马赫数0.4~0.8,模型迎角0°~6°。分析了来流条件对结构变形能力的影响。结果表明:跨声速条件下,智能材料结构在气动载荷作用下能够驱动机翼后缘偏转变形。驱动力一定时,变形能力受到马赫数和迎角等因素影响。马赫数增加会减弱智能材料结构的变形能力,导致变形速度减小,后缘偏转角降低。迎角的影响较为复杂,且与马赫数的影响相互耦合,马赫数越高迎角的影响越强。最后,通过对后缘压力分布形态的分析得出,变形后后缘是否发生流动分离是影响智能材料结构变形能力的关键因素。

上凸下凹前后对称翼型低速气动特性研究

旋转机翼无人机由于兼具垂直起降和高速巡航性能而备受青睐,旋转机翼翼型不同于固定翼,对旋转机翼翼型的设计和气动特性的研究具有实际意义。针对旋转机翼翼型展开有弯度的前后对称翼型设计,通过亚音速多工况数值计算筛选出升阻特性最优的翼型——弯度10%、厚度12%的上凸下凹前后对称翼型GOE-10-12。为了验证数值计算的准确性,进行了3种低速工况(20 m/s、30m/s、40 m/s)的风洞试验,结果表明数值计算和试验获得的升力系数和阻力系数吻合较好,新设计的翼型具有良好的升阻力特性,适合应用于旋转机翼。

基于等离子体合成射流的飞翼布局模型主动流动控制风洞实验研究

为探究等离子体合成射流对三维模型的流动控制效果和机理,在中等展弦比飞翼布局模型前缘布置等离子体合成射流激励器开展低速风洞实验研究。通过六分量天平测力,考察沿弦向、展向不同分布位置的等离子体合成射流对飞翼模型气动力和气动力矩的作用;采用PIV(Particle Image Velocimetry,粒子图像测速)测量模型表面流场分布,研究等离子体合成射流流动控制机理。结果表明:在飞翼模型单侧布置等离子体合成射流,能够有效改善其气动特性,并能产生附加的滚转力矩,滚转力矩系数变化量最高达到0.009;在飞翼模型左右弦布置等离子体合成射流,能显著增强飞翼模型横向稳定性,滚转力矩系数波动范围减小66.7%。沿弦向,等离子体合成射流位置离前缘越近,控制效果越好,距前缘0mm的激励器控制效果最好;沿展向,布置的等离子体合成射流越多,对模型的升力特性改善作用越明显,布置方式以均布为优。在失速迎角前后,等离子体合成射流的流动控制机理不同:在小迎角下,等离子体合成射流在前缘起到了使转捩提前的作用;在失速迎角附近,则加速了分离区的流动、减小了分离区厚度。

一种翼身组合模型气动特性研究

基于一种后掠翼翼身组合体刚性模型,为研究其低速升阻力和俯仰力矩变化特性,进行低速风洞纵向测力实验,迎角α为-4°^+36°。根据模型实际实验状态,数值模拟其低速粘性绕流流场和升阻力特性,特征雷诺数为4×10~5。实验结果表明:在-4°^+15°迎角范围内,模型升力系数按明显线性关系增大;31°迎角时,升力系数获得最大值为1.15。36°迎角时,阻力系数值达最大为0.807。模型升阻力数值模拟结果与风洞实验值在计算攻角范围吻合良好,最大相对偏差11%,结合流场计算结果分析能够支持和综合分析风洞实验结果。