摘要：Civil aviation faces great challenges because of its robust projected future growth and potential adverse environmental effects. The classical Tube-And-Wing(TAW) configuration following the Cayley’s design principles has been optimized to the architecture’s limit, which can hardly satisfy the further requirements on green aviation. By past decades’ investigations the BlendedWing-Body(BWB) concept has emerged as a potential solution, which can simultaneously fulfill metrics of noise, emission and fuel burn. The purpose of the present work is to analyze the developments of critical technologies for BWB conceptual design from a historical perspective of technology progress. It was found that the high aerodynamic efficiency of BWB aircraft can be well scaled by the mean aerodynamic chord and wetted aspect ratio, and should be realized with the trade-offs among stability and control and low-speed performance. The structure concepts of non-cylinder pressurized cabin are of high risks on weight prediction and weight penalty. A static stability criterion is recommended and further clear and adequate criteria are required by the evaluations of flying and handling qualities. The difficulties of propulsion and airframe integration are analyzed. The energy to revenue work ratios of well-developed BWB configurations are compared,which are 31.5% and 40% better than that of TAW, using state-of-art engine technology and future engine technology, respectively. Finally, further study aspects are advocated.

摘要：翼身融合(BWB)布局作为下一代亚声速民机主流方案已得到共识,研究步伐正在加快,进入工程应用指日可待。在回顾国内外BWB民机发展历程的基础上,简要阐述了飞翼布局(FW)和BWB布局的差异,明确了BWB概念特征及应用范围。聚焦BWB飞机总体气动设计中的技术挑战和对策,重点论述分析了BWB布局技术瓶颈及设计思想演化,新型结构与重量估算、适航符合性等总体设计问题,气动布局设计原则、高-低速性能协调等气动布局设计问题,飞-发干扰与一体化设计、新型发动机技术应用等飞机-发动机综合集成设计问题,降噪技术及其衍生的设计冲突、考虑噪声指标的总体设计策略等问题。并从技术进展和工程可实现性角度,展望了BWB民机的发展趋势。

摘要：飞机翼面结冰会影响气动性能,危及飞行安全。针对翼身组合体的翼面结冰问题,设计3种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体,对结冰前后的绕流流场及气动特性,采用数值方法进行分析研究。利用多块网格技术,结合法向外推代数方法和求解椭圆型偏微分方程方法,生成计算网格,采用中心有限体积法、LU-SGS双时间隐式推进算法,结合B-L湍流模型,运用流场分区求解技术,完成绕流流场的N-S方程数值模拟。计算与试验数据进行对比分析,说明了所采用方法的可行性和正确性,并给出了不同冰型对气动特性的影响结果。

摘要：为解决无人机在复杂气象条件下易受结冰影响而威胁其飞行安全的问题,提出了一种考虑结冰风险的无人机航迹规划方法。首先,构建基于中尺度WRF(Weather Research and Forecasting)模式的结冰气象预测模型,通过最佳参数化方案组合的结冰气象模拟获得模拟时段内海南乐东地区的温度、压力、液态水含量(LWC)空间分布及时序变化。其次,构建基于代理模型的水滴收集质量快速预测方法。在获取美国联邦航空条例(FAR)25部附录C中连续最大结冰条件下40个采样点处水滴收集质量分布的基础上,利用本征正交分解(POD)降阶模型和Kriging插值算法,建立温度、压力、LWC、平均有效水滴直径(MVD)等结冰气象参数与水滴收集质量之间的代理模型,可快速预测出目标区域内水滴收集质量的空间分布与时序变化。最后,根据飞机结冰强度划分等级,以不同结冰强度下水滴收集质量阈值为结冰安全约束,利用基于粒子群优化(PSO)的结冰容限航迹规划方法进行考虑结冰风险的无人机飞行策略研究。研究结果表明:利用WRF模式可获得温度、压力、LWC等结冰气象参数,预测值与观测值匹配良好;基于POD降阶模型和Kriging插值算法,构建的气象参数与水滴收集质量间代理模型可快速准确地获取目标区域内水滴收集质量的空间分布与时序变化;基于PSO的结冰容限航迹规划方法可在不同结冰安全约束条件下,规划出无人机最优航迹。

摘要：为满足翼身融合(BWB)民机增升装置简单、高效的设计需求,以配置三段高升力系统的BWB民机增升构型为对象,采用数值模拟方法研究了下偏扰流板技术的增升机理与设计原则。研究结果表明,设计合理的下偏扰流板能够将BWB民机增升构型设计点升力系数提高约20%;其增升机理集中体现为对缝道射流、流场能量分布、环量及其分布的控制作用。其应用于BWB民机增升装置的设计原则为:扰流板偏转后上表面延长线应与襟翼上表面相切,控制缝道宽度使增升装置环量增大并前移,控制扰流板偏度避免扰流板内段过早分离。研究还表明,受增升装置三维效应影响,扰流板下偏翼型上洗作用越强,则相应三维增升装置升力损失越大,并呈近似线性变化规律。下偏扰流板改造简单,且有助于简化襟翼作动机构,是一种很有潜力的增升技术,具有深入研究的价值和良好的应用前景。

摘要：采用多块结构化网格生成方法,基于三维雷诺平均N-S方程和SST k-ω湍流模型,模拟了三维内埋式弹舱的流动特性。通过改变弹舱各壁面的倾角及宽深比,分析其对弹舱流动特性的影响,并研究了前缘锯齿对气动特性的影响。计算结果表明,在适当范围内:增大弹舱后壁倾角、减小侧壁倾角、增大宽深比可以改善弹舱流动特性;舱门前缘增加锯齿,有明显的减阻效果。

摘要：针对自然结冰试飞空域确定时使用的结冰指数只能给出结冰概率和结冰等级的问题,提出一种新的方法。通过对美国联邦航空条例(FAR)25部附录C连续最大结冰条件采样,对采样点进行空气流场和水滴撞击特性求解,获得不同工况的水滴收集量;基于POD(Proper Orthogonal Decomposition)和Kriging构建水滴收集量代理模型;使用WRF(Weather Research and Forecasting)对目标区域进行气象模拟,获得温度以及液态水含量分布;使用代理模型对目标区域内水滴收集量进行预测,以中度结冰强度对目标区域进行划分;最后,针对2种飞行速度对试飞空域的影响进行研究。结果表明:代理模型能够很好地预测温度、液态水含量、水滴中值体积直径、高度以及速度对水滴收集量的影响;WRF获得的目标区域的温度、液态水含量与观测值符合良好;基于代理模型可快速获得目标区域水滴收集量分布及随时间的变化,还可获得适合自然结冰试飞的目标区域及结冰速度;飞行速度的增加使得水滴收集量增加,进而引起试飞空域的变化。本文对结冰试飞空域确定具有一定参考意义。

摘要：在发动机内流的高温作用下,所吸入冰晶会部分融化为液态水,冰水混合相态条件下发动机内部表面会形成积冰,冰晶积冰会导致发动机喘振、熄火,甚至会由于冰脱落而造成内部结构损伤。为了对混合相态条件下冰晶积冰问题进行深入研究,以NACA0012翼型为对象,通过数值计算分析研究了环境温度、马赫数等参数对积冰形态、收集系数以及积冰生长率的影响,并分析了融化率对积冰过程的作用机制。结果表明:混合相结冰条件下若达到最大结冰厚度,需满足有足够的冰晶和液态水含量条件;环境温度直接影响了湿球温度变化,而随环境温度升高,液膜的厚度和润湿范围也随之增大。此外降低环境温度或增大马赫数,翼型前缘驻点处结冰量和积冰速率均有明显增加。

摘要：冰脊会造成机翼气动性能的降低,是危害飞行安全的重要因素。利用结构化网格和中心有限体积法求解N⁃S方程获得空气流场,运用拉格朗日法获得水滴撞击特性,基于Messinger结冰热力学模型针对NACA 0012翼型的结冰进行了数值模拟,获得的冰型与实验结果吻合良好,验证了计算方法的准确性与可行性。在此基础上,在NACA 0012翼型上设置防冰区并考虑防冰热载荷的作用,对大水滴条件下冰脊的形成过程进行了数值模拟,得出了环境温度、液态水含量和防冰热载荷对冰脊形成的影响规律。此外,通过在冰脊形成位置布置纳秒脉冲阻挡介质放电(Nanosecond dielectric barrier discharge,NSDBD)等离子体激励器,探究了在大水滴条件下NSDBD对冰脊的防护效果。研究结果表明:在大水滴情况下,环境温度的增加使得冰脊的范围增加而高度降低;液态水含量的增加使得冰脊的范围增大并且高度增加;防冰热载荷的增加可以增加防冰区内水分的蒸发,进而减少冰脊的生成;大水滴情况下可能由于水滴直接撞击至下翼面防冰区外进而导致冰脊的形成;NSDBD对空气进行加热,增加溢流水的蒸发,使得低液态水含量下形成的冰脊消失,使得高液态水含量下冰脊的形成位置推后。

摘要：翼身融合(BWB)布局是提升未来民机综合性能的重要布局方式,其结冰飞行安全问题逐渐受到人们重视。针对翼身融合布局飞机与常规布局飞机的结冰问题,本文通过数值模拟的方法来开展结冰特性研究。本文提出基于Navier-Stokes方程对空气流场进行求解,并应用欧拉法计算水滴撞击特性,之后采用Shallow-Water结冰热力学模型的结冰计算方法。首先,通过将翼身融合布局飞机和传统布局飞机的计算结果与风洞试验数据进行对比,验证空气流场计算的正确性,并将两者进行对比分析;其次,数值预测飞机表面冰形的特征,将两种布局飞机结冰特性进行对比,结果表明,结冰对两种布局飞机气动外形的破坏程度从后掠翼翼根至翼尖逐渐变大,但传统布局飞机结冰只发生在机翼前缘和机头处,而翼身融合布局飞机前部几乎都发生了结冰,可为相关的结冰特性研究及防除冰设计提供技术参考。