在导弹的设计过程中,导弹的气动特性作为重要因素直接影响导弹飞行的动态品质,在亚跨音速段气动特性呈现剧烈非线性的情况下,工程估算以及CFD数值计算方法所能提供的气动计算精度有限,导致对舵效特性的辨识精度较低,需要进一步采用风洞试验的方法精确计算气动参数,进而确定导弹的舵效.应用风洞试验方法研究导弹飞行马赫数在亚跨音速段对导弹气动特性的影响,根据气动特性对舵机操纵效率进行分析.结果表明:随着马赫数的增加,亚音速时导弹的气动特性基本一致;跨音速时导弹的俯仰舵效绝对值先增大后减小,滚转舵效先减小后增大.

前飞时,自转旋翼机的螺旋桨滑流穿过桨盘平面,会对旋翼产生非定常气动干扰.基于RANS(雷诺平均Navier-Stokes)方程,采用运动嵌套网格方法建立适用于自转旋翼-螺旋桨气动干扰流场的计算分析方法,并对模型进行模拟;分析低速情况下,孤立状态自转旋翼和组合状态自转旋翼非定常气动特性及流场特性,同时分析不同速度和螺旋桨位置对自转旋翼气动特性的影响.结果表明:螺旋桨滑流会影响自转旋翼在各个方位角的升阻力特性,并使得自转旋翼尾迹在0°方位角附近发生畸变;相同拉力下,来流速度越大旋翼后倾角越小,螺旋桨滑流对自转旋翼的影响越小;增大螺旋桨与自转旋翼的间距可以减弱螺旋桨滑流对自转旋翼的气动干扰.

衡量代理模型精度的量化指标种类繁多,但是要横向对比不同种类数据的模型精度,常见的精度指标存在一些不足之处.分析现有代理模型精度指标的不足,提出一种"归一化绝对误差均值"指标;以某战术导弹模型为例,采用参考文献中的试验设计加点策略与交叉验证策略,建立11种气动参数的Kriging代理模型;通过对"归一化绝对误差均值"指标与相关性图进行比较,验证所提指标的有效性.结果表明:提出的指标不仅能够有效表征代理模型精度,而且能对不同种类数据进行横向对比,具有一定的应用价值.

深入研究低雷诺数滑流对机翼的影响,能够推进临近空间低速流动机理性研究,提供可靠的气动参数.参考某太阳能无人机,建立单螺旋桨计算模型,采用两叶螺旋桨,通过ICEM网格软件生成具有两个计算域的高质量结构网格,应用滑移网格边界条件,对模型进行数值模拟;分析低雷诺数螺旋桨滑流的发展和机翼在滑流作用下的非定常气动特性,研究不同螺旋桨位置对机翼气动特性的影响,计算结果表明螺旋桨滑流会很大程度地改变机翼表面压力分布和沿翼展的升力分布,对机翼升阻特性有显著影响,同时螺旋桨滑流可以抑制机翼表面层流分离泡的产生.

气动外形对无人机起着至关重要的作用,有必要对其制造外形的气动偏差进行评估.利用数字摄影测量系统获得无人机制造外形的点云数据;以机头为参考点,将测量点云数据模型与理论模型的坐标系重合,对比重合度并统计无人机制造外形与理论外形的几何偏差分布;根据点云数据进行逆向建模,获得无人机制造外形的三维模型;对无人机理论外形进行CFD计算,与其风洞试验数据进行对比,通过调整网格及计算方法,得到与试验数据相吻合的CFD计算方法;以此方法计算得到无人机制造外形的气动数据,并与无人机的理论气动力进行对比.结果表明:此评估方法能够定量地评估外形制造偏差对无人机气动特性的影响.

倾转旋翼机在倾转过渡过程中气动构型不断变化,气动特性具有强非线性的特点.针对倾转旋翼机复杂的连续倾转过渡状态,基于运动嵌套网格和局部坐标系理论建立一套适合于模拟倾转旋翼机连续倾转过渡状态的网格系统,并采用RANS方程建立适合于强非线性气动特性的非定常流场分析的CFD方法;采用该方法模拟某型倾转旋翼机从直升机模式到固定翼模式的连续倾转过渡状态的气动特性.结果表明:对于不同的倾转过渡时间,旋翼和机体气动特性随旋翼倾转角增加变化趋势基本一致;随着旋翼倾转角增加,机体升力系数先增大后减小,在旋翼倾转角40°附近达到最大,相比初始状态及平飞状态增大约30％;随着旋翼倾转角、总距角及前飞速度线性增大,旋翼拉力系数及其垂向分量逐渐减小;旋翼倾转角和前飞速度线性增大,采用合适的总距角非线性变化曲线,倾转旋翼机总升力可以保持在目标值附近.

地面滑跑起降是轮式无人机飞行过程中的一个重要阶段,研究地面滑跑起降阶段的动力学特性对于无人机抗侧风特性摸底和纠偏控制律设计优化具有重要意义.基于轮胎侧向力模型、弹性轮胎和刚性机体假设,在Matlab平台建立地面滑跑阶段全量非线性模型和纠偏控制模型,综合分析发动机扭矩与侧风等工况下滑跑起飞和着陆过程中的响应特性,并对比分析两种不同纠偏控制模型下的纠偏性能和抗侧风特性.结果表明:该仿真模型能够反映无人机滑跑起降阶段的动力学特性,改进后的纠偏控制模型能够大幅缩短滑跑起飞距离,并且可以较好地实现纠偏控制.

针对交叉旋翼复杂的气动干扰问题，建立了一种适合于交叉旋翼气动分析的数值模拟方法。该方法采用三维非定常Reynolds平均Navier-Stokes（RANS）方程来求解流场，使用动态嵌套网格方法模拟旋翼运动。使用共轴旋翼悬停实验结果验证了该方法的准确性。利用该方法模拟了交叉旋翼在不同状态下的流场，计算了拉力和悬停效率，并与单旋翼、共轴旋翼计算结果进行对比分析，结果显示：交叉旋翼流场存在较强的涡-涡和桨-涡干扰，旋翼桨尖涡在90°/270°附近相交；交叉旋翼的拉力系数及悬停效率随旋翼中心间距增大而增大，随交叉角变化较小；在相同总距角下，交叉旋翼悬停效率高于单旋翼和共轴双旋翼3%～8%。

以某型中空长航时无人机用航空活塞发动机冷却系统为研究对象,考虑各种传热过程,建立了发动机冷却水套、散热器、节温器和冷却液泵的热平衡微分方程组,构建了发动机冷却系统的一维仿真模型,并应用VB语言对该仿真模型进行开发。通过仿真值与试验值的对比,验证了所开发的发动机冷却系统传热模型的可信度。在发动机热负荷及流经散热器空气速度一定的条件下,研究了该发动机冷却系统的温度特性及高度特性,结果表明:对于所研究的发动机冷却系统,当环境温度从40℃下降至-40℃时,冷却水套出水温度从108.8℃下降至89.4℃;发动机冷却系统的散热性能随着工作高度的增加而下降,当工作高度分别为4000m、 6000m、 8000m时,相对于海平面状态的散热能力分别降低了5%、 12%、 22%。

飞行载荷分析是一项复杂而繁重的工作，研究一种适用于方案设计阶段飞行载荷的快速分析方法，对于提高飞行载荷的计算效率具有重要意义。基于小扰动线性分析理论，归纳翼身气动载荷、平尾气动载荷、垂尾气动载荷、舵面铰链力矩的理论计算方法，以及升力面的气动载荷分布、惯性载荷分布、剪力和弯矩的工程计算方法，即飞行载荷的简化计算方法。针对某型单座竞技飞机的飞行载荷，以外形尺寸、质量特性和气动导数作为输入，通过Matlab仿真分析，得到各个部件的气动载荷、惯性载荷、舵面铰链力矩、剪力和弯矩等参数响应。结果表明：该简化方法能够根据较少的输入数据快速求解出各个动力学参数，计算结果可以作为方案设计阶段结构设计的载荷输入。

精度是拉索式操纵系统的重要性能指标之一,其高低直接影响发动机的稳态和瞬态性能.介绍拉索式发动机操纵系统的组成及原理,通过拉索式操纵系统精度试验,从单程精度、回程差和重复性精度三个维度分析其精度特性;采用单一变量法,通过试验依次分析弹簧力臂和刚度系数、拉索导向套路线布置以及拉索的长度等对操纵系统精度的影响.结果表明:拉索式操纵系统单程精度绝对值小于 5%,在死区外的范围回程差小于 3%,重复性精度小于 2%;可通过合理设计拉索长度及弹簧刚度系数缩小死区范围;拉索导向套两端的横向间距过大会降低操纵系统精度.

采用扩压式双S隐身进气道能够提高飞行器的隐身特性和综合性能.针对保形短程、高隐身、大偏距的亚音速隐身无人机进气道,以保形入口、中间控制面和出口截面为约束并结合多项式对中心线和面积、截面形状进行控制,实现对保形进口截面形状和弯曲形式复杂的双S隐身进气道的快速设计;在此基础上,研究中心线曲率、面积分布和中间截面形状等参数对进气道性能的影响.结果表明:双S进气道流场特性复杂,第二S弯处顶部的分离和空间二次涡引发的流场畸变的综合控制是设计的重点,通过截面参数约束并结合多项式能够对双S进气道内的流场品质进行控制;在中心线曲率、扩张角和多项式参数等配制上应该朝利于第二S弯流场稳定的方向靠近.

中空长航时无人机追求高续航性能和任务多样化,故应满足高效巡航、短距起降、抗变形等多性能要求.在原始飞机单段翼型的基础上,通过控制点加分段可控二次曲线方法并结合优化算法开展两段翼型的设计优化;利用新设计的两段翼型完成对无人机机翼内侧段(襟翼段)的改进设计及其结果分析.结果表明:改进后的无人机在续航因子、起飞升力和起飞升阻比方面得到大幅提升;襟翼大角度偏转时,在保持一定升力的同时阻力增加,满足飞机着陆减速要求;此方法可以满足中空长航时无人机巡航和起降多设计点综合设计要求.

倾转旋翼无人机飞行力学模型是设计飞行控制律和分析飞行特性的基础.从一款在研的新构型倾转旋翼无人机工程实际出发,建立该无人机非线性飞行力学模型;分析新构型倾转旋翼机相比常规倾转旋翼机的特点和优势,建立直升机模式、倾转过渡模式和固定翼模式下各部件飞行力学模型;并针对直升机模式,对不同飞行速度进行配平及稳定性分析.结果表明:该构型倾转旋翼无人机直升机模式横航向模态具有很好的稳定性,直升机模式悬停状态横纵向模态基本没有耦合.

国内外学者对复合材料开口非对称补强做了很多研究,但主要集中在小开口的插层补强及共固化补强上.对用机械连接补强技术和插层补强技术补强后的层合板,进行拉伸和剪切试验;并采用有限元方法对补强后的复合材料层合板进行数值仿真,仿真结果与试验结果吻合得较好.经试验研究和数值仿真,得到各补强方案在各工况下的最大应变位置,并将不同补强方案进行对比.结果表明:插层补强方案优于机械补强方案.

在螺旋桨桨叶结构设计的工程实践中,减轻重量和增加扭转刚度是两个主要目标,而复合材料的应用增加了螺旋桨结构的可设计性.以某复合材料螺旋桨为例,基于有限元方法,以桨叶的复合材料铺层数量与铺层角度为优化设计变量,以螺旋桨桨叶强度、弯曲刚度为约束条件,采用快速非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)对该复合材料螺旋桨进行多目标优化设计.得到了关于两个目标函数的帕累托解集,即综合考虑桨叶质量与扭转刚度两个指标的最优设计参数集.本文为复合材料螺旋桨的结构设计提供了一种有效的思路.

自转旋翼机与同类直升机相比,具有其独特优势,现已在民用领域得到广泛应用.为了给自转旋翼机的无人化飞行控制提供理论参考,分析其特点、优势及使用中存在的问题,基于该类飞行器的特点,在旋翼可变转速、螺旋桨、机体气动力基础上,建立自转旋翼机的飞行动力学模型;以整体倾斜桨盘式ELA-07AGRO为样例,对该自转旋翼机进行配平和稳定性计算;对其在巡航飞行时(120 km/h)的操纵量、姿态角和模态进行提取,并与计算结果做对比分析.结果表明:在常规飞行速度范围内,样例自转旋翼机的桨盘纵向操纵单调向前压杆,横向操纵单调向左压杆(幅值很小),方向舵逐渐向右偏转,油门先减小后增大;稳定性方面,螺旋和荷兰滚模态的发散非常缓慢,而长/短周期、旋翼转速和滚转收敛模态都是稳定的,即样例自转旋翼机具有良好的飞行稳定性.

研究机载浮标投放过程中气动干扰特性及浮标运动规律,对机载浮标安全投放方案的设计具有重要意义.采用计算流体力学方法对机载浮标投放过程进行数值模拟.通过动态嵌套网格技术模拟浮标运动,结合刚体六自由度运动方程求解三维非定常N-S(Navier-Stokes)方程,模拟基于察/打一体无人机平台的浮标自由投放过程,获得详细的包括浮标运动姿态、运动轨迹和受力情况等在内的数据信息;通过算例,验证本文数值模拟程序的准确性.结果表明:浮标投放过程中,轻质浮标口盖自由分离会对螺旋桨后推式无人机的安全性造成重大影响;考虑浮标口盖固连在浮标降落伞上的状态下,初速度为0m/s时投放浮标整体(包含浮标、降落伞、口盖)离螺旋桨最近距离为0.151 m,安全余量不够;初速度为1.8 m/s时投放浮标整体离螺旋桨最近距离为0.671 m,满足投放安全性要求.

倾转旋翼机的旋翼气动外形设计需要对其直升机模式和固定翼模式下的不同要求进行综合考虑.通过基于Kriging模型的多目标遗传算法建立一套适用于倾转旋翼桨叶气动外形优化设计方法,采用拉丁超立方抽样试验设计方法得到样本点,并建立Kriging模型替代费时的流动数值模拟.以最大化旋翼地面悬停拉力和高空巡航效率为目标,以地面悬停功率不增和巡航拉力不减为约束条件,进行倾转旋翼桨叶平面形状优化设计,并经过非定常数值模拟和风洞试验验证.结果 表明:数值模拟结果和风洞试验结果吻合良好,优化结果满足设计指标.

低速中空长航时无人机的升力非线性较强,利用标准离散突风模型和连续紊流模型计算得到的突风过载差别较大.针对该问题,本文采用改进的离散突风模型求解突风载荷,即直接求解突风条件下原始的运动学方程,并在运动历程中考虑非线性升力的影响.结果表明:改进的离散突风模型计算得到的突风载荷明显低于标准离散突风模型所得的载荷,更贴近无人机的实际情况,且改进的离散突风模型与连续紊流模型的计算结果也相近.