环量控制技术用于飞行器上可以显著提高升力,改善飞行性能。为了研究环量控制对超临界翼型气动特性的影响规律,特别是大迎角下的气动特性,采用雷诺平均N-S方程的数值模拟方法进行了数值计算和分析。分别模拟了动量系数、迎角、射流比例对于升阻特性的影响规律。结果表明,大迎角下环量控制射流对翼型升力的提升极其有限,高动量系数会导致翼型失速迎角提前,分析了射流和迎角与前缘流场的相互关系,总结了失速迎角提前的作用机理;通过调节双射流比例,能够在大迎角下进一步改善升阻特性。

气动布局的多目标优化是飞行器设计中的关键技术。以一种双后掠形状的乘波外形为基本构型,对外形参数进行了总体优化设计。采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法,以飞行器双后掠角参数作为设计变量,考虑了最大起飞重量、航程、容积率等性能指标,利用Elman神经网络函数建立外形参数与性能参数的相互关系,基于任务规划需求建立了约束条件。优化设计得到Pareto最优解集,并筛选出总体性能较优的个体。对总体性能较优的个体进行数据拟合,得到内后掠角Λ1=[60°,63°],外后掠角Λ2=[43°,44°]的设计能在全局范围取得较优解。

为了确定未知飞机的飞行边界,提出了一种通过逆向三维建模进行气动特性分析后建立基本飞行包线的方法,对气动参数未知飞机的飞行安全和空战仿真问题提供了技术支撑。首先,综合运用明暗恢复图像和工程图重建法对飞机的几何外形进行了三维重建;然后通过数值模拟计算的方法计算并分析了其纵向气动特性;最后,计算了飞机的基本飞行包线并进行了对比验证。研究结果表明,所做工作探索出了一条研究外军缺乏气动参数飞机飞行性能的完整技术途径,所计算的飞行包线具有较高的可靠性,能够体现飞机的飞行性能。

定常射流在大迎角下气动性能较差,借助脉冲射流能够有效改善大迎角下的气动性能,并减少射流所需质量流量。采用非定常数值模拟的方法进行了脉冲射流作用下的环量控制翼型气动特性计算和流场分析。总结了占空比和频率分别对时均升力和升力脉动幅值的影响趋势;分析了不同迎角下的脉冲射流流动机理;进一步指出了射流动量系数的影响规律,并借助脉冲射流和定常射流的叠加效应有效缓解了升力脉动现象。结果表明低占空比、同等升力系数下,脉冲射流可大幅度减小质量流量,但升力脉动幅值较大;小迎角下随频率增大,升力系数先增大后减小,但整体变化幅度不大,大迎角下随频率增大,升力系数持续性增大;脉冲射流能够推迟失速迎角,扩宽环量控制技术的可用迎角,并且随动量系数增大,这种优势更加明显;借助脉冲射流与定常射流的叠加效应,能够有...

机动动作库是飞机空战仿真的重要基础,可靠的、具有针对性的机动动作库能够提高空战仿真的真实性和应用价值。为了建立具有针对性的机动动作库,提出了一种通过三维逆向建模进行气动特性计算再建立飞机机动动作库的技术途径,对气动参数未知飞机的空战仿真问题提供了技术支撑。首先,对飞机的几何外形进行了三维重建,计算分析了其纵向气动特性;然后,将气动数据加入飞行仿真的限制环节,设计了针对该型飞机典型战术动作的机动动作库;最后,基于MATLAB函数进行了机动动作的可视化研究。研究结果表明机动动作库体现了对于飞机类型的针对性和可靠性,可视化实现了飞行轨迹和飞机姿态的三维显示及参数游标,为空战决策、空战仿真模拟训练和提高作战效能奠定了基础。

为了探究环量控制技术在飞行控制性能方面的优势,在定常流场中对定常射流环量控制翼型的控制力矩作用机理展开了研究,采用数值仿真的方法,对比分析了单射流、双射流产生的虚拟舵面与传统舵面作用下的气动力系数的变化规律,并基于无舵面飞行器CCSCAOON对其气动力矩的控制特性进行了验证。验证结果表明单射流作用下的虚拟舵面能够提供用于飞行器所需的滚转和俯仰力矩,且作用机理相似,控制性能优于传统舵面;无论是单射流还是双射流,在大迎角下虚拟舵面的气动控制特性较差,限制了环量控制的使用迎角;双射流较单射流而言,升阻比特性和控制力矩特性较好;双射流下的虚拟舵面通过调节下射流口动量系数,能够有效降低偏航力矩与滚转、俯仰力矩之间的耦合效应。

为解决高超声速飞行器在低/跨/超声速时气动特性不佳的问题，实现水平起降、跨速域飞行的目标，设计了一种宽速域变构型高超声速飞行器。采用数值计算的方法对飞行器的低速、超声速和高超声速气动特性和典型流场进行了研究分析，得到了升力系数、阻力系数和升阻比随攻角和马赫数的变化规律。结果表明，飞行器在低速和高超声速时的气动特性较好，最大升阻比分别为15.37和4.08，低速时连接翼提供了高升力，高超声速时乘波效果显著;超声速时，阻力系数和升阻比受马赫数影响较大，最大升阻比为4.8。数值计算的结果表明飞行器在全速域范围内气动特性较好，在保证高超声速良好气动特性的前提下，提升了低/跨/超声速性能。

下挂式空中发射运载火箭机箭分离后至运载火箭一级分离前火箭历经亚音速、跨音速、超音速和小、大攻角多个飞行状态,因此研究不同飞行状态下运载火箭的气动特性是实现下挂式空射成功的基础。针对下挂式空射特点设计构建了运载火箭三维模型;根据运载火箭的飞行状态将机箭分离过程划分为无动力飞行段、跨音速突破至超音速段和加速飞行段,运用CFD仿真技术研究了不同马赫数和攻角状态下火箭气动特性;为研究机身长度和平尾上反角对火箭气动特性的影响,在原设计火箭基础上增加了箭体长度+0.5m、+1.0m、+1.5m、+2.0m和水平安定面上反角-5°、-10°、-15°、-20°、-25°,结果表明,不同机身长度会与机翼产生不同的气动干扰而影响到整个火箭的升阻特性,平尾上反角基本不影响火箭的升阻特性,同时,改进后的火箭模型俯仰稳定性得到了增强。

为了考察平尾偏转角度对飞机着陆滑跑性能的影响,通过计算流体力学进行气动数据储备,利用多体动力学建模方法,建立了能够反映飞机气动特性随迎角和平尾偏角变化而变化的飞机着陆滑跑动力学模型,在不同的飞机平尾偏转工况下进行了着陆滑跑仿真计算。经过验证,该动力学模型能够较好地反映飞机着陆滑跑时不同平尾偏转角度下动力学特性,仿真结果表明平尾前缘下偏(拉杆)能够有效缩短着陆滑跑距离。