吸气式高超声速乘波飞行器作为可以高效飞行于临近空间空域的运载器,自概念提出以来一直受到世界各国的高度关注,并吸引着众多学者与机构对此开展研究。本文主要从高超声速飞行器发展动态及乘波式气动布局设计技术两个方面展开分析,前者主要包括超燃冲压发动机的发展历程和主要工业国高超声速项目发展动态;后者主要针对受到世界各国高度重视的乘波式气动布局设计技术,较全面地概述了乘波飞行器气动布局设计方法的最新研究进展,在乘波体设计流程、基准流场构建方法、基准流场求解方法、沿展向乘波布局设计方法和乘波体在高超声速气动布局上的应用等方面进行了详细讨论。根据本文综合分析,乘波式气动布局高超声速飞行器由于在高超声速飞行条件下具有优异的气动性能,仍然是高超声速飞行器一体化布局的重要候选布局形式,而且随着材

焦点与质心的位置关系,即静稳定度是飞行器研制和使用中的重要参数.为实现在飞行过程中实时调节合理的静稳定度,提出了3种可变形鸭翼形式,即可变后掠鸭翼、伸缩鸭翼、滑动鸭翼.通过计算流体力学仿真的手段研究了3种可变形鸭翼方案在宽速域范围内的焦点位置调节能力.结果表明3种方案均具有有效的焦点位置调节能力,在所研究的参数范围内,可变后掠鸭翼在亚声速段具有最强的焦点调节能力;伸缩鸭翼在跨声速和超声速段焦点调节能力相对较强;在高超声速段滑动鸭翼的焦点调节能力最强.分析认为3种方案中可变后掠鸭翼最具工程实现价值.

倾转旋翼机是融合了直升机和固定翼飞机优点的新概念飞行器，在军用和民用领域有着广泛的应用前景。旋翼倾转过程中复杂的气动特性，使模态转换飞行控制成为倾转旋翼机的技术难点。简要介绍了国内外倾转多旋翼的研究发展，重点分析了不同气动布局的倾转多旋翼机在模态转换过程中的控制方法与倾转策略，最后简单介绍了自主设计的一种基于分布式动力构型新型倾转旋翼。

低声爆气动外形设计是超声速民机研发的一项关键技术。基于笛卡尔无黏求解器进行了典型民机构型的低声爆设计选型,主要研究了机身轴线弯曲度、机翼平面形状、机身截面积特征等因素对近场过压分布的影响,最终选型出一种超声速飞机气动布局。在此气动布局基础之上,结合自主研发的流场/声爆耦合伴随优化设计软件AMDEsign,在指定的低噪声水平声爆信号的条件下,通过对远场声爆信号进行高效反设计,实现了超声速低声爆气动外形的大规模设计变量数值优化,感觉噪声级大幅度降低,分析了外形变化对声爆抑制作用以及近场波系形态,同时也验证了综合设计技术的有效性。

高超声速飞行器在亚、跨、超及高超声速等速域内的气动效率与容量问题是制约高超声速飞行器实用化的重要瓶颈问题。大容量宽速域高性能气动布局设计技术在保证高超声速巡航阶段高气动性能的同时,迫切需要在具备足够容量的前提条件下实现高的亚、跨及超声速气动效率。通过综合利用低速涡升力与高速激波压缩升力,提出了一种涡波综合利用宽速域大容量气动布局设计方法。结合计算流体力学(CFD)方法与ARI_OPT优化设计平台,设计得到一种背负式大容量气动布局,计算结果表明,该布局在跨声速与高超声速下的最大升阻比分别可达到10.3与5.9,飞行器整体性能稳定且在宽速域条件下均具有良好的气动性能,弥补了传统乘波体气动布局在亚、跨声速下的性能缺陷,可为高超声速飞行器气动布局走向工程应用提供技术支持。

直升机尾振问题的严重性及其在直升机研制中的重要性已成为直升机界的共识,其会影响机组人员的舒适性,降低人机工效。尾振问题通常是由于直升机气动布局设计不合理所致。本文以某型直升机的尾振问题为例研究,通过数据分析,定位原因,对气动布局进行优化设计,提出改进措施,并通过试飞验证,结果表明改进措施的有效性。

针对可重复使用运载器设计过程中,气动布局、制导控制系统相互耦合的问题,引入气动控制一体化设计方法。分析该飞行器再入过程的高度-速度飞行剖面,基于反馈线性化方法设计再入跟踪制导律。按照快慢变量分离的原则,设计反馈线性化控制器。以此为基础,对飞行性能进行评估,找出布局存在的不足,给出改进建议,并进行仿真验证。整个设计过程表明,基于反馈线性化的气动控制一体化设计方法能够有效兼顾气动与制导控制约束,实现飞行器性能最优。

近年来,我国低空空域开放政策秉承"最大程度利用,最小程度限制"的理念,允许私人飞机不需军方批准即可在一千米以下的空域飞行,至此,低空无人飞行器,势必将成为研究热点。本研究适当依托较为先进的飞行器设计技术、结构总体优化技术,充分采用新材料和现有成熟技术,设计了一款"小型多功能低空固定翼无人飞行器",既能承担通用航空航拍、广告、气象探测等常规任务,又能完成电子干扰、靶机、诱敌、空中布雷等军用航空简单任务。