摘要：未来大型客机将会朝着新能源化、低能耗化及超声速化方向发展,并涉及这3个方向的综合应用。大型客机新能源化主要是指绿色低碳能源的应用,包括常温液态可持续航空燃料(Sustainable aviation fuels,SAF)、低温液氢或液化甲烷燃料等。大型客机低能耗化发展包括节能气动布局与节能推进技术以及两者的综合应用,节能气动布局包括大展弦比布局与翼身融合布局等;节能推进技术包括超大涵道比加齿轮传动涡扇推进与低噪声桨扇推进技术等;布局与推进综合应用包括边界层吸入式推进、分布式推进等。超声速化大型客机主要包括各种马赫2~3量级的低阻低声爆的大型超声速客机及未来水平起降大型高超声速客机,声爆抑制、解决大型客机布局与推进的高低速设计矛盾等成为关键设计技术。大型客机的新能源化与低能耗化趋势是基于全球石油能源危机与全球变暖及导致的极端气候应对措施“绿色低碳”倡议与行动而得出,需要分别从改变能源的“类型”与“数量”方向降低化石碳排放;而超声速化趋势是基于人类对高速交通工具的迫切需求以及地面轨道交通工具高速化对航空制造业和航空运营企业带来的竞争压力,以及跨洲跨洋高速交通需求等问题而归纳的。本文通过对大型客机的替代能源、低能耗设计、超声速化的发展趋势和关键技术进行阐述,为未来民用航空的发展提供新的思路。

摘要：绿色航空的发展逐步受到重视,通过扩大层流区域进行减阻是实现节能减排的一个重要途径。采用考虑转捩判定的数值模拟方法对某自然层流翼套的风洞和飞行试验进行了仿真分析。数值仿真与风洞试验的压力系数分布一致性较好,在常压时仿真和风洞试验中转捩位置随攻角的变化规律基本一致。相较于机头处静压和机身最大截面处静压,采用大气数据系统测量的飞行高度换算的静压作为参考压力时,飞行试验获得的压力系数分布与仿真结果一致性更好;在设计状态和典型非设计状态数值仿真得到的翼套转捩位置与飞行试验结果十分吻合;采用动量法计算翼套截面阻力系数,数值仿真和飞行试验得到的自然层流减阻量差距在0.0002以内。

摘要：计算机与数值计算技术的迅猛发展催生了计算流体力学这门交叉学科.单机性能的提高使得计算流体力学得到迅速推广,成为一般工业过程基本设计分析工具.然而对于流动机理的细节研究以及工业应用大规模设计计算问题,PC机几乎无能为力.因此,尝试进行并行计算具有重要意义.提出了一套基于PC集群和消息传递界面的并行CFD算法,用高性能PC机组建计算网络来提供大型计算能力;搭建了一套双节点的集群系统,并设计了SPMD并行CFD计算程序,同时实现了计算域自动分解及子区的重新编号,结果重构和输出.对典型的后台阶流动进行计算以此来验证算法的正确性,计算结果表明:结果与顶级商业软件Fluent串行计算结果吻合较好.对不同长宽比和网格数目的后台阶流动进行了并行计算,计算结果显示该算法具有较高的并行效率.

摘要：本文目的是研究和开发工程实用的高可信度数值优化设计技术,并应用于先进跨声速飞机机翼的三维气动外形优化设计。本文综合应用了自由几何变形(FFD)几何外形参数化方法、弹簧比拟非结构网格变形方法、基于RANS方程的高可信度计算流体力学(CFD)分析方法、径向基函数(RBF)代理模型方法、粒子群寻优(PSO)方法等技术,分别对NASACRM模型、航空工业设计的W2机翼模型展开了单设计点和多设计点的三维气动外形优化设计。通过对单设计点优化设计后的CRM翼身组合体、双设计点优化设计后的W2机翼模型气动外形进行详细的气动分析,发现优化后的CRM翼身组合体、W2机翼模型相对初始外形气动性能得到显著改进,证实了数值优化设计技术应用于先进跨声速飞机机翼三维气动外形设计的有效性。同时证实了开发的数值优化设计技术和工具的正确性和实用性。

摘要：实际气动设计中遇到的工程问题较为复杂,然而能够用于实际工程设计的高可信度气动外形优化设计工具较少。基于飞行器设计工程实际中的各种复杂气动约束和几何约束要求,集成高可信度非结构网格RANS方程求解器、弹簧比拟网格变形技术、FFD外形参数化、RBF代理模型、粒子群优化器,构建多设计点气动外形优化设计工具,并应用于先进低速层流翼型和高亚声速超临界机翼的气动外形优化设计中(包括单设计点和多设计点),进行考虑/不考虑气动约束和几何约束的气动外形优化设计分析。结果表明:多设计点气动外形优化设计工具有效,约束条件和智能优化器自动有效地引导了层流翼型和亚声速机翼外形的有利改变。

摘要：提出了一种使用翼身融合布局载机背载火箭助推空天飞行器的概念设计及其载机平台的气动优化设计,本设计第1级是1个大型亚跨声速翼身融合布局载机,第2级是两个推进剂外贮箱,第3级是一种有翼火箭推进飞行器,空基发射相对陆基或海基发射的优势是在同等入轨质量条件下,可以大幅度减小初始发射质量,大幅度节省推进剂,显著降低发射成本,提高空天发射的便捷性,经过设计估算,可以1×10^(6) kg量级起飞达到陆基多级火箭2×10^(6) kg量级发射航天飞机级质量的目的,并可以重复使用。对于第3级飞行器,利用空天飞行器因其具有的高度和速度而蓄积的引力势能和动能,具有实现环球飞行量级的大航程高速无动力滑翔飞行的潜力,探索空射型助推滑翔式系统如何将这些巨大能量缓慢释放用于实现无动力远距离高空高速滑翔飞行。考虑到高超声速飞行器部分的气动优化潜力有限,利用多点多约束气动优化设计方法实现了载机平台高空发射状态升阻比的较大增加和起飞状态升力系数的显著增长,用以增大载机平台的载重能力,而载重能力的增加可用于提升空射系统的入轨质量或者滑翔航程,从而优化系统整体。

摘要：针对目前电动飞机航程过短的问题,为探究未来电动飞机发展关键技术对总体性能的影响,基于现有总体设计手段,建立了一套针对电动飞机的总体性能及敏感性分析方法。以四座小型通用飞机及电源系统现有技术水平为例,评估了气动优化、结构优化、电池能量密度及推进系统效率等几项关键技术对电动飞机起飞重量及航程可能的提升效果,并对5年内可成熟使用的小型通用电动飞机所需的关键指标提升提出了目标。结果表明:在对小型电动飞机提出合理的航程需求的情况下,依靠多项关键技术的共同进步能够使电动飞机在短期内覆盖传统通航飞机70%以上的使用场景。