以改革求发展 以管理谋提升——中国特种飞行器研究所创新发展纪实

中国特种飞行器研究所（以下简称特飞所）隶属于中航工业通飞公司,是中国唯一从事水面飞行器（水上飞机、地效飞机、水陆两栖飞机）和浮空飞行器（载人飞艇、系留飞艇、遥控飞艇、对流层飞艇平台、平流层飞艇平台）等特种飞行器研究开发的主机所。特飞所始终践行“军民用航空大发展”的战略理念,坚持军民结合、寓军于民,着力提升四大特色专业技术——水动力技术、腐蚀防护控制技术、浮空飞行器特殊技术和水面飞行器特殊技术，主动适应新常态，力求改革创新，持续提升管理水平，在创新发展的道路上走出了自己的特色。

基于气动力修正模型的水面飞行器气动特性研究

【目的】在水池试验中常采用实机的缩比模型来进行水面飞行器的气动性能研究,通过对水池试验中缩比模型由于雷诺数不相似而导致试验数据中气动升力系数偏小的问题进行研究,以达到准确模拟水面飞行器近水面飞行时的实际气动状态。【方法】针对某大型水陆两栖飞机模型,在不改变机翼和平尾的面积及机翼的平均气动弦长的前提下,增加机翼的襟翼和平尾的升降舵面积,通过仿真和试验对修正前、后的模型进行研究。【结果】仿真结果显示:修正前、后的模型在不同速度和俯仰角的条件下,气动升力系数的差异在15%左右;试验结果显示:修正后模型的升力系数在不同速度、俯仰角、升降舵舵偏的条件下与实机的风洞数据升力系数变化趋势相同,最大误差在8%,最小误差小于1%。【结论】仿真结果表明,修正后的缩比模型可以有效提升模型的气动升力;试验结果表明,修正后的缩比模型可以较为准确地反映实机的气动力性能,为优化水面飞行器的结构布局,研究水面飞行器的气动特性奠定了基础。

地效飞行器波浪环境下气动特性分析

基于计算流体力学与海洋波浪理论,非定常不可压RANS方程采用有限体积法求解,采用VOF液面捕捉法、整体动网格法、速度入口造波法,探究波浪环境以及无动力地效飞行器姿态对其气动性能影响。结果表明,在规则波浪情况下,无动力地效飞行器最佳巡航角度为4°左右,在上行波时,升阻比下降,气动力性能相对减弱;在下行波时,升阻比上升,气动力性能相对增强,2°攻角变化规律相反。对于相同姿态角,波浪位置对地效飞行器机翼的气动性能影响较小,上翼面压力系数变化较小,在上行波时,机翼下表面压力增加,正压区范围扩大;在下行波时则相反。地效飞行器处于同一波浪位置时,上翼面前缘负压区随攻角增大而增大,下翼面前缘正压区随攻角增大而减小,压力系数快速增加。

拦阻过程中机身主结构动力学分析与试验研究

依据舰载机着舰拦阻过程中拦阻载荷的特点,以典型舰载机无人机机身主传力结构为研究对象,提出了一种适用于着舰过程中主传力结构的刚柔耦合动态力学响应分析方法。研究了拦阻载荷下机身主结构的强度余度和拦阻过程中加速度、应力在机身主传力路径上的传递和分布规律;并开展拦阻载荷下中后机身的冲击试验,对拦阻过程刚柔耦合分析方法的准确性进行了研究,评估机体结构的安全性,为舰载机结构设计和分析方法提供依据。

基于模型试验的水面飞行器抗浪性分析方法

为了在研制阶段评估某大型水陆两栖飞机的抗浪性,开展了缩比模型水池试验方法研究,定量分析了水池试验模型与实机之间气动升力/阻力系数的差异,研制了恒力装置,利用该装置可将试验模型气动升力系数补偿到与实机一致的水平。在此基础上开展了缩比模型在不同波高、波长及速度条件下的水池拖曳试验,得到了试验模型俯仰角、升沉响应特性,研究了谱分析法和线性缩比法对实机抗浪性预报的适用范围和优缺点。结果表明:谱分析法在速度小于90 km/h时预报结果较为合理,中高速的预报结果与实机运动现象有明显差异;线性缩比法适用速度范围涵盖从低速到离水起飞,但仅能用于定性分析波长、速度对运动响应的影响,定量分析的准确性还有待验证。

铜表面镍/银/铑复合镀层的制备及其耐腐蚀性研究

采用化学镀和电沉积的方法在紫铜片上制备了镍/银/铑复合镀层。使用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察镍/银/铑复合镀层的微观结构;通过X射线能谱分析(EDS)检查镀层的化学组成;采用X射线衍射仪器(XRD)表征镀层的相结构和晶体结构;利用酸性盐雾实验测试了不同镍镀层厚度的镍/银/铑复合镀层在盐雾环境下的耐蚀性能。结果表明:各镀层之间结合紧密,镀层表面平整无孔隙;在其它条件相同的情况下,镍镀层厚的复合镀层的耐蚀性优于镍镀层薄的复合镀层。

低发射率兼低光泽颜填料Al-Sr10的制备及其消光机理研究

为了探究Al-Sr10具有低光泽属性的本质,对该材料进行X射线衍射、X射线能量色散谱、面扫元素分析、8~14μm红外发射率、光泽度及400~760 nm可见光反射率测试。并采用高能球磨法制备该颜填料,通过扫描电子显微镜等手段探究Al-Sr10颜填料的组分、形态和光学性能随球磨时间的变化。结果表明,Al-Sr10表面易氧化形成灰黑色氧化锶,以及固溶体中的锶元素产生等离激元效应共同作用导致材料消光;Al-Sr10颜填料的物相不会随球磨时间变化,在一定时间内,材料的片状化程度、发射率和光泽度性能随时间的延长得到改善,其中球磨15 h后的颜填料其片状化程度高,发射率低至0.123,光泽度低至3.8。

基于CFD的系留气球表面结冰研究

目的预测不同环境条件下系留气球的结冰部位与结冰量,为系留气球的安全运行提供参考依据。方法利用气候试验室对柔性材料制成的试验件进行结冰研究,并与金属表面结冰进行对比分析,明确柔性材料的结冰机理。采用数值模拟的方法,对某型系留气球进行多参数多状态结冰研究,同时开展系留气球结冰后的稳定性分析。结果保持一定刚度的柔性材料和金属材料结冰情况基本一致,结冰机理相同。计算得出了通常结冰、冻雾和冻雨条件下,各俯仰角下系留气球表面的结冰分布情况。通常结冰条件下,结冰主要发生在尾翼前缘,结冰量随风速和俯仰角增大而增大;在冻雾和冻雨条件下,结冰部位则出现在囊体和尾翼,结冰量随风速和俯仰角呈V形变化。结论依据计算结果开展稳定性分析得出,系留气球在剩余浮力正常的情况下具备一定的“结冰容限”,但长时间处于恶劣天气时仍需开展冰雪应对措施。

水上飞机不同滑行速度下的动态响应特性研究

复杂的海况对水上飞机的适航性和安全性提出了更高的要求。为了更好地分析水上飞机滑水运动中的规律,采用速度入口造波方法构建数值水池,运用有限体积法,结合整体动网格方法实现飞机的精确运动,对水上飞机在波浪水面滑行过程中的数值仿真技术和典型力学特性进行研究,分析在波长120 m,波高2 m的五阶非线性波条件下,飞机以不同速度滑行时的水阻力、运动响应、底部载荷响应和过载响应规律。研究发现:水上飞机在波浪水面低速滑行时,其运动过程具有良好的周期性,当滑行速度较大时,出现了飞机的离水运动,飞机姿态变化更加剧烈,垂向过载、水阻力出现尖端峰值,其数值也随速度增大而增大。

电磁屏蔽材料的耐腐蚀研究进展

在恶劣的工作环境中,电磁屏蔽材料的腐蚀问题是制约其服役寿命和服役安全性的关键因素。本文综述了近年来电磁屏蔽材料的耐腐蚀研究现状,主要包括用于电磁屏蔽的金属材料、导电聚合物材料以及柔性材料。首先概述了金属合金和金属镀层的制备方法和防腐机理。其次,在导电聚合物材料方面,主要探讨了掺杂型和本征导电型聚合物电磁屏蔽材料的制备工艺、存在的问题及防腐设计方案。此外,介绍了柔性织物和柔性薄膜作为耐腐蚀电磁屏蔽材料的主要研究成果。最后,对电磁屏蔽材料的耐腐蚀研究前景进行了展望。

有机硅密封胶与不同基材粘接的耐老化性能测试研究

为提高有机硅密封胶用于不同基材粘接的老化性能,使用双组分有机硅密封胶制备不同粘接基材、不同胶层厚度的剪切试验件,测试密封胶在不同老化环境条件处理后的力学性能和粘接性能。结果表明,密封胶试验件力学性能和粘接性能在不同粘接基材、不同胶层厚度、不同老化环境下各有差异,双组分有机硅密封胶对所测基材均粘接良好;在设定厚度范围中,胶层厚度与剪切强度呈现负相关;在所测试老化环境中,不产生粘接破坏时,湿热老化对力学性能影响最大。

电动垂直起降飞行器的发展现状研究

近年来,电动垂直起降(eVTOL)飞行器在城市空运中得到快速发展。本文介绍了近5年来世界范围内主要的在研电动垂直起降飞行器项目,从飞行器布局形式、总体设计参数、推进系统类型、飞行控制等级等方面进行了归纳和总结,分析了不同构型下相应电动垂直起降飞行器的主要特点,辨识了电动垂直起降飞行器作为一类特殊飞行器在产品实现过程中涵盖的主要关键技术,提出了电动垂直起降飞行器未来的发展路线,并指出了其商业化发展所面临的主要挑战。

基于MBSE的对流层飞艇运行概念研究

面向对流层飞艇起降过程复杂、气象适应能力弱等特殊性,传统基于文本的运行概念分析方法具有设计一致性较差、设计无法有效追溯、验证困难等局限性。基于此,提出了基于模型的系统工程的对流层飞艇运行概念设计方法。首先,建立系统用例与利益攸关者需求的关联关系,保证了设计可追溯性。然后,基于活动图、时序图与内部块图建立对流层飞艇运行场景模型,详细梳理了飞艇运行的执行逻辑与外部交互关系。通过执行状态机对飞艇运行概念模型进行验证,并进一步补充完善利益攸关者需求。最后,通过执行状态机验证了该无人飞艇系统能够满足任务飞行、飞行控制和应急情况响应等利益攸关者的需求。

飞机座舱加载装置试验研究

座舱操纵系统是驾驶员传递操纵飞机飞行指令的重要系统,用于在飞行中调整飞机姿态。某型飞机铁鸟试验台座舱操纵系统有操作试验的需求,为验证座舱操纵系统在承载下的性能,判断操纵系统在加载条件下是否无过度变形、过度摩擦、卡阻,对某型飞机操作试验的试验装置进行设计,并介绍试验的整体方案,将该试验装置成功运用到某型飞机操作试验中,试验数据分析表明,该装置能满足试验需求。

多孔挡板参数对气垫船内部流场的影响研究

气垫船具有囊孔尺寸较小、数量较多和围裙厚度较薄的特点。为解决囊孔和围裙对仿真计算效率和结果的不利影响,研究多孔挡板在气垫船内部流场仿真计算中的应用方法,得到部分多孔挡板参数对气垫船内部流场的影响规律。结果表明,采用多孔挡板模型计算的垫压最大误差为6.0%,囊压最大误差为3.7%,证明多孔挡板模型能够较好的模拟囊孔区域。经过对比4种多孔挡板区域面积和4种多孔挡板区域个数仿真结果得到,在一定范围内,多孔挡板区域面积的越小,囊压越大,垫压越小;而多孔挡板区域个数越多,囊压越小,垫压基本不变。

外场腐蚀环境下新型纳米涂层腐蚀行为研究

目的评估新型纳米涂层体系在海洋大气环境、工业大气环境下的耐蚀性能。方法采用外观评级法、厚度损失分析法、电化学阻抗分析法、疲劳寿命分析法,对比分析新型纳米涂层体系与(TB06-9底漆+TS96-71面漆)涂层体系在海洋大气环境、工业大气环境下不同暴晒时间下的光泽、色差、综合评定等级、厚度损失量、疲劳寿命、阻抗特性。结果随着外场腐蚀环境作用时间的增加,两类涂层体系综合等级上升、厚度损失量增加、电化学阻抗值下降,且外部暴露环境较内外场棚下环境、工业大气环境较海洋环境对两类涂层耐蚀性影响较大,但两类涂层体系在12个月内外场腐蚀环境作用下,其疲劳寿命无明显变化,而综合分析两类涂层体系腐蚀损伤特性及腐蚀损伤规律,可见纳米涂层具有较好的耐候性,但相比(TB06-9底漆+TS96-71面漆)涂层体系,其耐蚀性能较差。结论两类涂层体系在海洋大气环境、工业大气环境下自然暴露试验12个月后,耐蚀性无明显差异,外观综合评定等级2级,对试样的光泽、色差、厚度有一定程度的影响了涂层的,但对试样的疲劳寿命的影响可忽略不计,且从两类涂层的阻抗谱可见,TB06-9底漆+TS96-71面漆涂层体系较新型纳米涂层体系具有较好的抗腐蚀性。

热渗锌工艺对钢制螺栓力学性能的影响研究

为了研究热渗锌工艺对钢制螺栓的力学性能影响。通过硬度检测、拧脱耐磨试验、拉伸强度检测及微观分析等测试技术,分析评价了钢制螺栓表面热渗锌层的力学性能。结果显示,经热渗锌工艺处理后,钢制材料的组织结构及化学成分并没有改变,且经过处理后的螺栓抗拉强度均符合标准规定,表明热渗锌工艺对螺栓力学强度影响较小,但热渗锌工艺能够显著提升钢制螺栓的拧脱耐磨性能及显微硬度,这为钢制螺栓大规模使用热渗锌工艺提供了一种解决方案。

30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A在模拟海洋环境中的腐蚀行为对比研究

通过开展30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A两种高强度钢在模拟海水环境下的浸泡试验,采用电化学阻抗谱(EIS)测试、动电位极化曲线(PDP)测试、腐蚀产物及腐蚀表面形貌观察、表面三维轮廓及腐蚀产物分析,研究了30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A两种高强度钢在人工海水溶液中的腐蚀行为。结果表明:30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A两种高强度钢的电化学行为相似,阳极曲线表现出活性溶解特征,阴极过程以氧还原反应为主,腐蚀产物分别是α-FeOOH物质、γ-FeOOH物质、α-Fe_(2)O_(3)物质和Fe_(3)O_(4)物质。在人造海水介质环境下30CrMnSiNi2A的腐蚀速率大于30CrMnSiA,同时得出高强度钢中Ni、Cr元素能够有效提高材料耐腐蚀性能。

适用于岛礁环境下电器设备防护的气相缓蚀剂研究

针对岛礁环境下电器设备防护的需求,调研筛选出8种气相缓蚀剂,通过对气相缓蚀剂进行挥发减量试验、气相缓蚀能力试验、电化学试验、盐雾试验,评价气相缓蚀剂的防护性能。挥发减量试验结果表明CORTEC VPCI-609、RTFD VCI 、SF/D-331兼具高挥发性成分与低挥发性成分,具有挥发持久性;气相缓蚀能力试验结果表明RTFD VCI和VCIrus-505 VCI P对四种金属均具有缓蚀作用;电化学结果说明RTFD VCI和SF/D-331对四种金属均具有正向缓蚀效果;盐雾试验证明RTFD VCI和SF/D-331对电脑主板具有长效保护作用,对其电性能没有影响。综上所述,RTFD VCI与SF/D-331对四种金属(铜、铝、钢、镁)均具有正向防护能力,对电脑主板具有较好的防护效果,且不影响其电性能,适用于电器设备、各种元器件及各种金属零部件的防锈。

干湿交替环境下纳米涂层/铝合金体系的腐蚀行为研究

目的 评价干湿交替环境下硅烷环氧杂化纳米涂层/2024铝合金体系的腐蚀行为研究。方法:通过测试纳米涂层/铝合金试样在干湿交替加速腐蚀环境下的EIS值,分析试样腐蚀前期、中期及后期EIS特征规律,建立涂层体系在干湿交替环境下的电极阻抗模型,获得涂层电极EIS参数特征、吸水过程变化规律。结果 干湿交替环境下涂层失效体系失效过程是:在腐蚀前期,涂层Bode图表现为一条直线,此时涂层表面未发生电化学反应,涂层具有可逆性质;腐蚀中期,阻抗谱图出现两个圆弧特征,涂层表面电化学腐蚀行为已经开始,涂层逐渐破坏;腐蚀后期,在腐蚀产物的作用下,涂层出现鼓泡等现象,此时涂层已经完全失去保护功能。结论 硅烷环氧杂化纳米涂层/2024铝合金体系在干湿交替环境下电容值与加速时间呈正相关,满足Fick第一定律,硅烷环氧杂化纳米涂层中水分的扩散系数D为1.725 3×10^(-9)cm^(2)·s^(-1)。