摘要：能够根据任务需求、飞行环境自适应改变外形来达到最佳飞行性能的变体飞行器已成为未来飞行器发展的重要方向之一。综述了变体飞行器变形方式及气动布局设计关键技术研究现状。首先,按照时间发展历程,将变体技术的发展分为简单机械变形、多维度柔性变形2个阶段。其次,按照变体部位和变形方式详细介绍了头部变体、机翼变体、动力装置变体和组合变体方案的发展历程和现状,重点阐述了可变后掠机翼、可变前掠机翼、折叠机翼、伸缩机翼、斜置机翼、连续变弯度机翼等机翼变体方案的研究进展,总结其在不同布局构型上的应用,并分析了各自的气动、操稳特性。之后,归纳了飞行器变体的实现目的,将其分为单域最优变构型、多域融合变构型、一器多能变构型3种。接着,与固定外形飞行器进行对比,梳理了变体飞行器因为变构型的实现而衍生的气动布局与总体协调设计、时变空气动力学效应评估、气动布局方案优化、多学科耦合设计等方面的关键技术难点,重点对变体飞行器动态气动力计算方法和气动优化设计技术的研究进展和现状进行了综述和分析。最后,展望了变体技术未来研究方向和发展前景,面向宽速域和大空域飞行需求,探索可以提高多飞行任务性能的新概念变形方式,建立智能变体设计模型及多学科强耦合一体化设计体系将成为重要发展趋势。

摘要：HIFiRE-5、HyTRV均为验证高超声速三维边界层转捩的典型标模。C-γ-Re_(θ)转捩模型在原始的γ-Re_(θ)转捩模型基础上进行了高超声速横流转捩修正。运用C-γ-Re_(θ)转捩模型对飞行、风洞工况下HIFiRE-5、HyTRV进行转捩模拟。对于HIFiRE-5飞行试验,针对其弹道中8个典型高度及存在姿态角的工况进行转捩预测,C-γ-Re_(θ)转捩模型计算结果与热流测量结果吻合,并对其表面的转捩模态进行了对比分析。对于HIFiRE-5静音/常规风洞试验,C-γ-Re_(θ)。转捩模型能够准确计算变雷诺数工况下转捩阵面形态及转捩起始位置,并与温升测量结果相符。对于HyTRV常规风洞试验,在变马赫数、变雷诺数的工况下,C-γ-Re_(θ)。转捩模型计算结果与模型上、下表面红外热图测量结果基本一致,能够预测横流模态下的边界层转捩,对于转捩起始位置、转捩阵面形态的预测与基于线性稳定性理论的e^(N)方法具有相当的预测精度。测试表明,对于飞行试验和静音/常规风洞试验,C-γ-Re_(θ)。转捩模型预测结果均保持较高的可靠性,实现了高超声速典型标模的三维边界层转捩预测.

摘要：高超声速充气式柔性减速器(HIAD)在气动力作用下会变形为波纹状,从而促进流动转捩为湍流,准确预测其转捩位置和壁面热流对热防护系统的设计至关重要。拓展了分离诱导转捩预测性能的改进k-ω-γ模式,同时具备对第1模态、第2模态、横流模态以及流动分离失稳的预测能力。本文将其应用于不同雷诺数下壁面波纹变形的HIAD边界层转捩预测,并与原始k-ω-γ模式的预测结果进行了对比,以评估和验证其对复杂转捩现象的预测性能。在此基础上,细致剖析了改进k-ω-γ模式的转捩预测机制。结果表明,改进k-ω-γ转捩模式可准确预测不同来流雷诺数下HIAD的转捩起始位置、转捩阵面形态和壁面热流分布。波纹壁面波峰处的转捩预测主要由构造的分离间歇因子猝发。而在波谷位置,第1模态、横流模态以及流动分离的贡献都很重要。以上研究显示了改进k-ω-γ模式在复杂外形中的应用潜力,可为多重不稳定耦合作用下的转捩预测方法发展提供参考。

摘要：超声速流动数值模拟中准确识别激波位置对求解飞行器气动特性十分关键,传统的人工构造激波识别方法严重依赖于经验参数,在实际应用中存在一定局限性。为了建立更加通用的激波识别方法,采用深度神经网络构建了高阶非线性激波判别式。在生成了训练数据集与测试数据集的基础上,构建深度前馈神经网络并训练该模型使其满足激波识别预测精度,并通过一维Lax、Sod激波问题及二维超声速无黏圆柱绕流算例验证了该判别式的准确性。结果表明,本文构建的高阶非线性激波判别式相较于人工构造的激波识别器能更加精准地判别光滑区域和激波区域,在不同来流马赫数、不同网格分布条件下均能准确识别出激波位置,但激波识别精度依赖于网格分辨率。

摘要：现代飞行器设计对流动分离的准确预测需求愈发迫切,但使用广泛的涡黏性模型预测结果却不尽如人意。雷诺应力模型凭借其扎实的理论基础有可能获得可信度更高的结果,但其性能优势仍需进一步评估与发掘。选取了SST模型、Stress-BSL(Baseline)模型分别作为涡黏性和雷诺应力模型的代表,对二维驼峰、二维跨声速凸块、跨声速三维ONERA M6机翼等算例进行了数值仿真。结果表明,相较于实验值,2种模型的预测结果均出现流动分离点提前,再附点滞后的现象,但Stress-BSL模型的预测误差更小,表现出了强逆压梯度下预测分离流动的优势。通过分析发现,2种模型对雷诺应力的低估导致了分离区较大。具体表现为SST模型引入的Bradshaw假设限制了湍动能的生成,使得模型计算的涡黏性系数偏小,强逆压梯度下低估边界层雷诺应力,导致流动分离提前。而分离区上缘处的雷诺应力预测偏小则被认为是流动再附滞后的主要原因。对于雷诺应力模型,误差主要来源于雷诺应力输运方程再分配项的模化不准。最后,针对上述原因,对SST模型关键封闭参数进行了重新标定,并进行了初步验证,结果表明修改后的模型预测表现好于原模型结果。

摘要：高超声速转捩研究飞行器(HyTRV)是为研究三维复杂外形的边界层转捩问题而设计的一款具备真实飞行器典型特征的升力体标模。为支撑更加全面系统的理论分析、数值模拟、风洞试验和飞行试验研究,采用高精度数值模拟方法、线性稳定性理论(LST)和eN方法对HyTRV标模的典型流动特征和边界层失稳特征进行了分析。研究表明,HyTRV展现出多个相对独立的横流区域和多个流向涡结构;HyTRV的边界层存在横流失稳模态、第二模态、附着线失稳模态等常见模态。横流失稳模态出现在周向高低压区之间的横流区域,能够主导转捩发生;横流区域同时也存在第二模态,其N值普遍比横流失稳模态小;附着线失稳模态呈现出第二模态特性,且频率非常高。还研究了攻角和单位雷诺数的影响。结果表明,随着攻角增加,标模下表面中心线的流向涡结构逐渐消失,横流雷诺数逐渐减小;上表面流向涡结构逐渐从腰部移向顶端,并出现新的流向涡结构。增加攻角,所有失稳模态的N值总体上逐渐减小;增加单位雷诺数,N值显著增加。基于研究结果,针对流向涡失稳、横流失稳、第二模态和附着线失稳等给出了研究建议。