伴随着飞行器飞行速度的不断增加,高速光学头罩技术具有极大的应用潜力和前景.只是,高速光学头罩在大气层中飞行,受到气动光学效应的影响,成像目标会出现畸变、抖动、模糊和能量衰减,影响成像精度.通过对数十年来高速光学头罩流体力学和气动光学效应的总结和梳理,初步构建了高速光学头罩气动光学效应相似准则模型.归纳了气动光学效应抑制的主要技术路线以及目前已经开展的一些工作.最后总结和讨论了高速光学头罩气动光学效应关键技术难点及未来的发展趋势,可为今后的气动光学效应研究提供一些参考和帮助.

共同研究模型（common research model， CRM）机翼/机身/平尾组合体构型（CRM-WBH）是第4届AIAA阻力预测研讨会（Drag Prediction Workshop IV， DPW IV）选择的基准构型， DPW IV会议的统计分析结果显示计算结果与试验结果之间存在显著差异.采用CFD方法和流固耦合方法数值模拟了带支撑装置的CRM机翼/机身/平尾组合体模型（CRM-WBHS）的气动特性，主要目的是评估支撑装置和静气动弹性变形对CRM-WBH模型气动特性数值模拟结果的影响.通过与CRM-WBH模型CFD数值模拟结果和欧洲ETW风洞（European Transonic Wind Tunnel）测力、测压和模型变形测量结果的对比分析，表明模型支撑装置导致机翼上翼面激波位置前移，升力系数、阻力系数下降，俯仰力矩系数增加;静气动弹性变形主要影响机翼上表面激波位置和外翼处激波位置前负压，导致升力系数、阻力系数进一步下降，俯仰力矩系数进...

为了综合提高飞行器的气动性能与隐身性能，文章利用基于分解策略的梯度优化方法，对某跨声速机翼进行气动隐身综合优化设计.采用Tchebycheff方法，将气动隐身多学科多目标优化问题分解为多个单目标优化子问题，再对每个单目标子问题进行梯度优化.通过求解离散伴随方程获得气动目标对设计变量的梯度，采用自动微分方法对物理光学法（physical optics，PO）程序进行微分，即可得到雷达散射截面（radar cross section，RCS）对设计变量的梯度.经过综合优化，获得优化解集中各给定权重系数对应下的分支解，相比初始机翼，优化机翼的阻力系数减小，升阻比提高，重点方位的雷达散射截面均值减小，验证了该优化设计方法具有较好的实用性.

优化差分格式一般用于计算气动声学和小尺度的湍流数值模拟,这类格式为了获取更好的短波分辨率通常牺牲了部分收敛精度.文章尝试结合最高阶精度格式与优化格式的特点,构造混合优化格式,提高优化格式的收敛精度以及谱分辨率.混合优化格式由模板上的最高阶精度格式与优化格式加权组合得到,权系数由当前模板上的值确定,这使得该格式为非线性格式.对于单色波问题,通过优化权的设计可大幅度减小相位误差.但是加权混合过程使得计算时间有所增加.数值计算证明了该格式的特点.

采用气动力/热/结构耦合的方法对高速细长体飞行器结构热静气动弹性问题进行了研究.为保证耦合计算精度,达到准确预测热气动弹性特性的能力,气动力和气动热计算采用CFD数值模拟方法,热应力和热变形计算采用有限元方法并通过热考核试验验证.以该简单细长体飞行器模型为研究对象,对其热静气动弹性特性进行了计算与分析,计算结果表明:CFD/CSD耦合可准确模拟热气弹问题,且气动加热造成结构温升不均衡是结构变形的主导因素,力热耦合静气弹变形与单纯受力分析变形形式不同,对飞行器气动特性影响规律不同.准确预测飞行器热气动弹性特性对飞行器结构设计十分必要.

大攻角气动特性预测与气动建模是新型飞行器提升飞行性能的重要内容.以轴对称导弹简化模型为研究对象,首先采用计算流体力学方法,对70°大攻角状态的非定常气动特性进行数值模拟,计算方法基于RANS的N-S方程,湍流模型采用SA模型,对流场采用有限体积法离散,无黏项采用Roe通量差分分裂格式,黏性项采用中心差分,时间推进采用LU-SGS格式的双时间步法.飞行器运动模式采用强迫振荡的方式,对5种不同振荡频率进行了非定常数值计算,并记录每一内迭代周期最终的气动力和力矩数值.其次,以CFD预测结果作为气动建模的样本,采用动导数模型、多项式模型等传统方法,进行气动建模,并分析其有效性和精度.最后采用神经网络方法对大攻角非定常气动力进行建模,并和动导数模型、多项式模型进行精度对比.结果表明,基于神经网络的人工智能气动建模方法具有较高的...

针对现代飞机设计对于高效率、高精度飞行载荷分析的迫切需求,建立了面向飞机各设计阶段考虑静气动弹性效应的面元法飞行载荷分析方法,并以此为基础构建了飞机各设计阶段气动弹性优化框架,以加快各阶段的迭代,提高设计效率.概念设计阶段的气动力分析采用低阶面元法,可适应该阶段为确定气动外形参数范围所需的大量计算.初步设计阶段采用高阶面元法开展气动力分析,以兼顾求解精度和效率的需求.详细设计阶段的飞行载荷分析方法在基本面元法的基础上引入了外部高精度CFD气动力或试验气动力,以进一步提高飞行载荷的精度并兼顾求解效率.研究结果表明,所建立考虑静气动弹性效应的面元法飞行载荷分析方法具有较强的工程实用性,可以满足现代飞机各个设计阶段的需要.

基于2.5D RANS数据和VLM耦合的方式,发展了一种考虑非线性流动效应的混合型涡格法HVLM.采用矩形直/后掠机翼两个外形的跨声速算例,通过与VLM、三维CFD计算数据的比较,对HVLM的气动力预测精度进行了分析与评估.对比结果表明,HVLM在大幅降低时间成本的前提下可以获得和三维CFD方法预测值十分接近的计算数据,对线化VLM方法的修正效果显著.然后,HVLM与悬臂梁有限元求解耦合,实现了一种面向三维机翼的快速静气动弹性数值模拟技术,并通过矩形直机翼算例进行了验证.耦合算例的时间分析数据表明,HVLM/Beam耦合的方式能够在10 s以内完成1次三维机翼静气动弹性分析,在气动/结构耦合分析、优化设计方面展示出了良好的应用前景.

新型面对称高速飞行器面临着宽速域、宽动压飞行条件,受到此类飞行器装载与装填比要求的限制,飞行器的主要承力结构重量较低,为了突破传统结构设计方法面临的结构减重极限,文章提出了一种基于拓扑结构轻质化的优化设计方法.该方法的主要思想为根据具体的载荷工况,在优化区域中获得最优的传力路径.通过对面对称高速飞行器的舵应用此优化方法,在多种载荷作用下,获得了多级分叉的仿生结构.通过验证计算表明设计得到的结构不仅重量减轻,还能够满足静气动弹性变形与强度要求,从而验证了此方法进行结构设计的可行性.

为研究氢气发动机采用进气冲程注水(water injection,WI)的方法对发动机工况的影响,文章采用数值模拟的方法,运用AVL-FIRE软件模拟了嘉陵JH-600发动机使用氢气燃料的燃烧工况,并模拟计算了气缸内部温度、压强、NO排放量等各项参数.分4次进行,分别计算了注水量(水和氢气燃料的质量比)为0,5%,10%和15%时发动机的单缸燃烧参数.计算结果表明,将注水比率设定在5%~10%,能够在提高氢气发动机能量效率的同时有效地维持发动机稳定运行.