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文章导读

2022-01-06

空气动力学学报 2021年6期
关键词:气动旋翼机翼

翼型研究的历史、现状与未来发展(1-36,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0396)韩忠华,高正红,宋文萍,夏露

“翼型”是飞机机翼及尾翼、导弹翼/舵面、直升机旋翼、螺旋桨、风力机叶片等外形设计的基本元素和气动力的“基因”,也是影响其综合气动性能的核心因素之一。本文立足飞行器设计和翼型研究的前沿,在回顾100多年来翼型发展历程的基础上,重点综述了翼型研究的最新进展,分析了研究现状,提出了未来发展方向。新一代翼型将适用于未来飞行器的发展需求,在宽速域、大空域、多物理场及智能变体等复杂使用条件下具有优良的多学科综合性能。

飞翼布局翼型系列设计进展(37-52,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0282)张伟,赵轲,夏露,高正红

针对飞翼无尾布局开展了基础翼型研究。根据布局展向不同站位提出分区翼型气动设计要求,并针对翼型设计结果应用到三维布局上不能达到理想效果的问题,建立了基于分区翼型设计模型的全局优化设计与三维布局环境下多剖面翼型局部优化设计的多学科协同设计方法,并形成了飞翼布局分区翼型系列。该方法能够高效实现飞翼布局分区多剖面、多种性能要求的翼型设计。

战斗机翼型使用和发展综述(53-60,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0252)袁兵,刘杰,魏中成,刘沛,池江波

在回顾第一代到第四代战斗机气动布局特点基础上,总结了每一代战斗机气动布局所用机翼翼型的设计特点及发展变化趋势。新一代战斗机将具备宽频隐身、大航程、高机动等能力需求,超扁平无尾气动布局是最可能采用的气动布局形式。本文从多个角度分析了新一代翼型的设计需求,未来翼型将更加注重气动、隐身、控制、结构、智能材料和变体技术等多学科多目标的综合设计优化。

直升机旋翼翼型需求分析及技术发展展望(61-69,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0276)曾伟,袁明川,樊枫,林永峰

针对常规直升机和新构型高速直升机,综合考虑多种飞行条件,分析了旋翼翼型设计的性能需求。总结了先进旋翼翼型系列的发展及应用情况,以OA和TsAGI翼型为例分析了旋翼翼型的气动性能特点和发展趋势。从旋翼翼型指标分解、动态气动特性计算与试验、气动优化设计等方面介绍了旋翼翼型技术的发展现状,并对未来旋翼翼型技术的发展进行了展望。

旋翼翼型动态失速机理及非定常设计研究进展(70-84,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0261)招启军,井思梦,赵国庆,王清

旋翼翼型动态失速及设计是直升机空气动力学与旋翼气动设计领域的重点与难点问题。本文介绍了旋翼翼型动态失速研究方法的现状,梳理了旋翼翼型动态失速机理的研究进展,阐述了旋翼翼型设计方法的发展历程和非定常设计理念,展望了旋翼翼型设计的未来发展方向,提出了旋翼设计的多层级、多阶段发展设想。

翼型风洞试验技术研究现状(85-100,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0381)高永卫,魏斌斌,梁栋

准确可靠的翼型气动性能对于飞行器的研制至关重要,目前,风洞试验仍是获得翼型气动性能的主要方法。本文在资料调研的基础上,结合翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室的研究进展,对翼型静/动态性能测试技术、模型表面流动转捩探测技术以及翼型试验中洞壁干扰控制与修正技术的最新进展和存在的问题进行了总结,对翼型风洞试验相关研究人员具有一定参考意义。

空天飞行器机翼/翼型的需求分析及应用(101-110,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0237)罗金玲,龙双丽,汤继斌,韩忠华,张阳

围绕总体设计要求,提出了空天飞行器对机翼/翼型设计的新需求。基于一种新宽速域翼型,在考虑升重匹配等约束下,通过三维流动的优化设计,获得了能较好兼顾低速与高速气动性能的三维宽速域机翼。开展了全机状态下宽速域机翼的工程应用研究,获得了满足宽速域总体要求的一种空天飞行器气动布局,宽速域最大升阻比高于德国Sänger飞行器。

面向高超声速飞行器的宽速域翼型优化设计(111-127,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0384)张阳,韩忠华,周正,汤继斌,张科施,宋文萍

宽速域气动设计是水平起降高超声速飞行器研制的瓶颈问题之一。针对高超声速飞行器宽速域翼型气动设计问题,设计出一种相对厚度为4%、有一定弯度、下表面具有双“S”形特征的宽速域新翼型。将新翼型与常规四边形翼型和双弧形翼型进行了气动特性对比,并进行了流动机理分析,结果表明新翼型的宽速域综合气动特性显著优于常规翼型,从而证明了发展兼顾亚、跨、超和高超声速气动性能的宽速域翼型是可行的。

后缘发散翼型在宽体客机机翼设计中的应用(128-135,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0207)薛帮猛,任启龙,林大楷

提出了一种翼型后缘发散修形设计方法,研究了修形参数对气动性能的影响规律。在翼型修形应用中,后缘厚度增加2‰c后,使得最大相对厚度10.2%的超临界翼型在厚度放大到11.5%后,仍具有不低于初始状态的升阻性能。在某宽体客机机翼方案上仅应用2‰c的后缘厚度增量,机翼-机身-短舱-吊挂构型即可获得超过0.0002的阻力下降,而不付出机翼厚度和阻力发散性能的代价。

旋翼翼型气动设计与验证方法(136-148, 155,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0315)张卫国,孙俊峰,招启军,武杰,李国强,马帅,吴霖鑫

发展了旋翼翼型指标分析与给定方法,给出了我国直升机旋翼翼型谱系规划设想,建立了旋翼翼型优化设计方法,突破了旋翼翼型气动特性精准测量风洞试验技术,构建了旋翼性能理论与试验验证综合评估方法。自主设计翼型的综合性能较国外参考翼型有显著提升,基于设计翼型的旋翼模型气动性能较基于参考翼型的旋翼模型提升了3%。

翼型激波抖振的无模型自适应控制(149-155,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0297)任凯,高传强,张伟伟

为了消除翼型激波抖振的脉动载荷,开展了数据驱动的无模型自适应控制,流场数值仿真采用URANS方法。作动机构采用尾缘舵面,反馈信号为升力系数。无模型自适应控制不依赖流动系统模型,在线将流动系统转化为动态线性化数据模型,来设计控制律最小化性能指标。时域仿真结果显示,该方法能够在来流状态随时间变化的情况下,完全消除抖振脉动载荷。

等离子体冰形调控改善翼型/机翼气动性能的试验研究(156-164, 195,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0234)梁华,谢理科,吴云,刘雪城,苏志,白成宏

等离子体冰形调控可按照设计的布局防止结冰,从而获得所预期的调制冰形。无量纲冰形尺寸和无量纲调控比例决定了调控效果:无量纲冰形尺寸比值在0.1~0.2之间时获得最佳的升力系数;无量纲调控比例越低,越接近无冰状态下的流场。无人机飞行测试验证了冰形调制策略改善气动性能的有效性,冰形调制后,失速迎角延迟4°,在大迎角下的升力系数普遍恢复了20%~30%。

合成双射流逆向吹吸控制对翼型流动特性影响(165-174,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0213)赵志杰,罗振兵,刘杰夫,邓雄,李石清,郑穆

研究了反向合成双射流(DSJ)对小攻角、大攻角下翼型绕流流场的控制机理及气动控制特性,并通过飞行试验验证了其航向姿态控制能力。结果表明:小攻角下,反向DSJ会使阻力增大,升力略有减小,俯仰力矩基本不变,具有航向控制潜力;大攻角下,反向DSJ会使升力、阻力及低头力矩增大;飞行试验结果表明,反向DSJ具有航向姿态控制能力,可实现的最大偏航角速度为9.01°/s。

工程翼型气动特性数据挖掘与建模(175-183,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0219)钱炜祺,赵暾,黄勇,何磊,段光强,秦川江

以伊利诺伊大学香槟分校UIUC的工程翼型库为研究对象,基于CST参数化方法实现了数据异常翼型的检测,揭示了翼型库中CST参数的分布规律及参数之间的关联规律,并进行了聚类分析;进一步采用级差分析、SOM自组织映射、Apriori算法等知识挖掘方法分析了CST参数对典型工况翼型气动特性的影响规律,并建立了基于深度神经网络的预测模型,相关结果可为工程翼型气动特性分析与设计提供支撑。

仿生学覆羽控制翼型流动分离实验(184-195,Doi:10.7638/kqdlxxb-2021.0177)巩绪安,张鑫,马兴宇,范子椰,姜楠

设计了新型仿猫头鹰覆羽的柔性锯齿形旋涡发生器,铰接在NACA0018二维翼型各弦长位置处。风洞实验时利用双通道热线同时测量不同位置的同步流场数据,分析其扰动相关性。实验结果表明:中等面密度的柔性材料安装在尾缘时可以有效吸收34%的湍动能;分离泡上边界向下移动,低频段功率谱密度得到显著削减,大尺度涡包得到破碎,具有潜在的降噪效果;当安装位置向前缘移动时,扰动信号将向低频段转移,分离泡的上边界继续下移。

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