摘要：高超声速飞行器一体化设计中存在气动/热/推进/结构弹性相互耦合的问题,首先根据飞行器的机体/发动机一体化设计思想构造了二维高超声速飞行器模型,并基于激波/膨胀波原理和动量定理建立了气动力模型,采用Chavez和Schmidt建立的超燃冲压发动机推进系统模型;在飞行器结构方面,引入变截面和变质量分布的自由梁结构模型,并采用Eckert参考焓方法分析的气动加热过程中承力梁不同轴向位置温度随时间变化特征,在此基础上运用模态法计算了燃料消耗和气动加热条件下结构的固有频率和振型特征,获得结构弹性变形的模型;最后建立了考虑热气动弹性和推进系统作用的飞行动力学方程。研究结果表明:质量变化对结构弹性特性影响比较显著,而气动加热的影响主要表现在振动频率方面,且会随着加热过程的持续而逐渐增强;结构变形会改变飞行器静配平状态,特别是在机体质量较大的最初飞行阶段,气动加热会强化结构变形对配平特征的影响;线性化系统的动力学特征分析表明,质量减小和结构变形均会增加短周期模态和振荡模态的不稳定特性,而对高度特性的影响不大,气动加热效应会进一步增加飞行力学和气动弹性的耦合特征,并导致弹性模态的稳定性降低。

摘要：为了提高充气机翼的刚度特性,需要采用较大厚度的翼型,但厚翼型气动效率整体上又不太高。探讨一种适用于低速充气类飞行器的排式双翼布局方案,并尝试给予后翼一定的初始安装偏转角,同时还研究了双翼相对位置以及翼型特性对该排式双翼布局方案的影响。数值模拟结果表明,后翼前缘驻点附近的高压区增大了前翼下表面的压力,使此种布局较普通单翼布局在中小迎角范围内可以明显提高飞行器的升力和升阻比,其中迎角4°时可将升阻比提高62.8%,而给后翼2°的偏转角可使将升阻比提高幅度达到70.5%。同时,双翼相对位置对飞行器气动性能的影响较为敏感。此外,翼型厚度越大,弯度越小,所提出的排式双翼布局方案提高升阻比的效果越明显。综合效果来看,文中探讨的布局可为充气飞机的设计提供一个新思路。

摘要：针对超音速飞行器在飞行过程中要承受的强激波带来的不利波阻,本文与传统单翼进行对比,分析了Busemann超音速双翼构型的减阻原理并充分利用了双翼间激波膨胀波的有利干涉和机翼厚度减小所带来的激波减弱效应。以常规气动布局的超音速导弹为研究对象,数值计算结果表明:设计巡航条件下,来流马赫数为2.5时,采用新型双翼气动布局能够使波阻减小42%。同时,为了消除非设计马赫数下Busemann双翼构型的壅塞问题,本文探索了一种转折变形翼面技术,计算结果表明:通过控制机翼前缘入口处和最大厚度处的面积比,该方案在非设计条件下能够基本消除阻力剧增问题。此外,在Busemann双翼基础上改进的上下翼非对称的超音速双翼构型可进一步改善实际有升力飞行条件下模型的气动性能,将所计算导弹模型巡航状态的升阻比提高了22%。综合以上结果表明,本文介绍的减阻技术可以为超声速导弹的研制和发展提供新的设计思路。

摘要：为了提高超声速气动构型的升阻比,减小激波阻力,使用反设计方法结合CFD技术优化Licher双翼,实际算例表明,来流马赫数1.7,无粘情况下只需迭代15步即可得到优化结果,优化后翼型波阻可减小25.5%,升阻比提高30.5%。随后依据翼型目标压力分布这一反设计关键点,分析了非零迎角下翼型各边的受力情况,指出了原目标压力分布的不足,并提出了一种新的阶梯形目标压力分布形式,该方法的优化结果可使升阻比提高49.8%。此外基于NS方程的优化结果表明,原目标压力分布的优化效果被削弱,升阻比仅能提高17%,而新目标压力分布的优化结果受到的影响较小,升阻比仍可提高49.2%,说明在考虑流动粘性特征时,阶梯形目标压力分布形式更具实用价值。

摘要：小展弦比飞翼布局具有较好的隐身和气动性能,是未来战机的先进布局。对飞翼飞机进行CFD数值模拟时,其全翼式设计使得高质量贴体网格的生成存在一定的难度。相比之下,自适应笛卡尔网格方法具有自动化和高质量兼顾的优势。本文对自适应笛卡尔网格技术进行发展,并开展小展弦比飞翼布局的数值仿真研究。采用全线程树笛卡尔网格数据结构,结合改进后的网格单元类型判断方法,以及基于几何特征和流场解特征的自适应方法,并通过虚拟层技术优化近壁网格,发展了高效、鲁棒、高质量的三维自适应笛卡尔网格生成技术;对于非贴体物面边界的处理,发展了基于浸入边界方法思想的虚拟单元重构技术,构造了高保真的非贴体笛卡尔网格边界条件;针对黏性流动控制方程,发展了笛卡尔网格框架下的数值离散方法,建立了适用于自适应笛卡尔网格的Navier-Stokes方程数值求解器;基于上述工作,开展了自适应笛卡尔网格技术在小展弦比飞翼布局低速流动问题中的应用研究,证明了本文所发展的技术方法的可靠性,并探究了自适应技术对于流场特征和气动力特性的影响作用。

摘要：通过低速低湍流度风洞实验,研究了利用排翼布局改善充气飞机采用大厚度翼型机翼带来的气动效率偏低问题。首先比较了采用不同厚度翼型的单翼与排式双翼布局的气动特性。在此基础上,为了优化排翼布局的气动特性,研究了给后翼安装偏转角对排翼布局气动特性的影响。同时,基于NACA0030翼型,设计了波纹型外形的充气机翼,比较了此外形下单翼和排翼布局气动性能的差异。实验结果表明,采用排翼布局能够改善采用厚翼型单翼布局的气动性能,而给后翼安装一定偏转角可以进一步提高排翼布局的升力和升阻比。采用波纹外形和光滑外形机翼模型的对比结果表明,波纹外形能够在大迎角时改善充气机翼的失速性能。分析认为,造成这一现象的流动机理是由于波纹型机翼在实验条件下提前由层流转捩为湍流,使失速推迟,流动分离现象有所减弱。

摘要：为了兼顾大载重飞机的气动性能和结构特性,针对刚度特性较好的厚翼型提出和发展了一种新型气动布局形式,在有限的翼展限制下,通过多排翼的设计思路,提高主机翼的升力性能。数值模拟结果表明,采用新的气动布局后,与传统较薄机翼的单翼布局比较,升力特性可普遍提高50%左右。通过加装偏转角、缩小后翼弦长等进一步优化,升阻比性能也优于传统薄翼,从而表明所提出的设计方案对大载重飞机的设计和发展具有重要的参考价值。

摘要：充气机翼的抗弯和抗扭能力较差,在一定的飞行条件下可能会出现较大程度的弹性变形。本文采用CFD/CSD 耦合的方法对不同厚度翼型的单翼和排翼布局的充气机翼静气动弹性特性进行了数值计算,结果表明:采用较薄翼型的单翼比厚翼有比较大的静变形,同时气动力也有比较明显的变化;排翼布局的前翼较单翼布局会有比较大的静变形,后翼变形则不明显,从而导致双翼相对位置偏离设计点,不利于排翼气动性能的提高。