宽速域机体/推进一体化设计

• 基于局部偏转吻切方法的背部进气高超飞行器一体化设计研究

  郑晓刚;林德寿;方啸雷;尤延铖;朱呈祥;

  背部进气式布局利用内/外流压缩方向的不同将进气道置于背部，避免了内/外流激波间的相互干涉，已成为未来高超声速一体化设计发展的重要方向之一。为进一步拓展此类气动布局的设计思路，提出了一种基于局部偏转吻切方法的背部进气内/外流一体化设计方法，实现了三维内转进气道与基于复杂三维弯曲激波乘波体的“无干涉”一体化设计。该方法通过Bezier曲面定义的三维激波面巧妙地将三维内转进气道布置于全三维乘波体背部。在此基础上，分别采用吻切流场乘波原理与局部偏转吻切方法设计进气道与乘波体的气动型面。研究结果表明，基于该方法设计的背部进气式一体化构型在设计状态下展现出了极佳的整体气动特性，整个下表面完全“骑乘”于外流复杂三维弯曲激波之上，背部进气道产生的内流准三维激波也基本封口。不考虑空气黏性的影响，该一体化构型的升阻比为4.947，进气道的增压比为14.988，总压恢复系数可达0.847，流量捕获系数为0.9996，基本实现全流量捕获。

  2023年05期 No.455 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 2422K]
  

• 高速飞机机翼的高低速气动力/热匹配快速设计优化研究

  余婧;罗磊;陈兵;刘深深;王安龄;吴晓军;蒋安林;

  宽速域飞行器是下一代飞行器的重点发展方向。不同速域下气动特性的协调兼顾、长时间严酷加热环境下的热安全问题，是该类飞行器设计需解决的瓶颈问题。以高速飞机作为宽域飞行器的典型代表，选取其关键部件——机翼开展了考虑力/热特性综合匹配的快速设计优化探索研究。对高速飞机机翼的高低速力/热匹配设计需求及特点进行了分析，在此基础上完成了机翼构型的参数化，明确了关键的优化设计变量及优化设计目标，建立了多点气动力及气动热设计目标下的优化模型，提出了可快速完成匹配设计的优化流程；对优化过程中涉及的快速气动力/热评估工具进行了介绍。通过仿真，对比分析了机翼优化前后的气动力/热性能，验证了所提出优化模型和优化方法的有效性。从仿真结果可以看出，快速评估工具的采用可以在保证优化效果的基础上快速获取匹配设计结果；设计目标中，高速升阻比与低速升力、高速升阻比和高速气动热间都是矛盾的需求，最终优化构型在低速升力系数上的提升空间较小，但高速升阻比的提升较明显，优化后机翼的平均热流密度有所改善，但驻点热流密度升高，由于前缘半径约束的限制，优化后的构型满足工程需求。

  2023年05期 No.455 11-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1610K]
  

• 攻角动态变化对进气道起动特性的影响研究

  孙志国;郭德春;李超;

  宽速域飞行器采用机体/推进系统一体化设计，飞行器姿态的动态变化必然会影响到高速进气道的性能。选取二元压缩进气道模型为研究对象，采用非定常雷诺时均（URANS）方法和k-ωSST湍流模型，在给定的三种攻角动态变化条件下，研究了不同状态下的进气道非定常流场结构特征，分析了进气道起动/不起动演变过程和性能参数曲线变化规律。研究发现，在攻角余弦振荡变化条件下，当进气道处于起动状态时其性能参数形成了迟滞环，但迟滞引起的气动力/力矩变化幅度较小；当振荡周期内进气道出现起动/不起动转换时，气动性能曲线表现为首尾有差异的开式曲线，此时不起动的影响占据了主导，进气道性能大幅下降，其中流量系数下降了80%～90%、增压比减小了约79%。当进气道在俯仰振荡中由起动向不起动转换时，三种攻角动态变化方式对进气道性能也有明显影响，攻角阶梯变化条件下进气道最容易出现不起动，不同条件下的轴向力和流量系数差异最大可达到2～3倍。

  2023年05期 No.455 22-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 2575K]
  

• 临近空间升浮一体飞行器气动优化设计

  柳龙贵;牛会鹏;胡星志;江雄;韦广健;

  临近空间飞行器近年来得到了广泛的关注和研究。为提高升浮一体飞行器抗风能力和驻空时间，对升浮一体飞行器气动外形优化进行研究。基于CAESES软件对升浮一体飞行器进行三维全参数化建模，可通过调节11个参数改变飞行器气动外形。建立了“设计→仿真→优化”自动化仿真流程，通过智能优化算法对升浮一体飞行器进行气动优化，优化目标函数综合考虑飞行器的升阻比和自身重量。通过计算流体力学方法对不同气动外形进行仿真，得到飞行器升阻比等气动特性。结果表明，优化后的升浮一体飞行器升阻比提高43%，减重16.6%。升浮一体飞行器阻力减小，有效载荷增大，总体性能得到明显提升。

  2023年05期 No.455 33-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 1844K]
  

科学与理论

• 超声速区动态节流对矩形隔离段流动影响的数值模拟

  高文智;陶翔宇;李季;王深;何玉启;

  为了解超声速区动态节流扰动对隔离段流动的影响，采用CFD滑移网格模拟来流马赫数为3中椭圆轴稳态节流和动态节流下（节流比0.094～0.141，频率50～1000 Hz）的激波串振荡问题。结果表明，对于稳态节流工况，当椭圆长轴与来流呈水平、45°倾斜和垂直（节流比0.094、0.119和0.141）时，隔离段内分别出现稳态激波/边界层干扰、振荡的斜激波串流动和稳态斜激波串。动态节流工况下，隔离段内产生与节流频率一致的激波串振荡流动。随节流频率增大，振荡范围呈现先减小、再增大、最后减小的变化规律，其中250 Hz工况数值最大。此外，250 Hz工况壁面压强时均值最高，壁面压强均方差分布和峰值整体高于其他工况。分析表明，随节流频率增加，动态节流引起的质量流量波动规律与激波串振荡范围变化规律一致。250 Hz工况节流截面质量流量和压比的波动幅度均高于其他工况，这与该工况激波串振荡范围最大密切相关。

  2023年05期 No.455 41-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 3925K]
  

• 主动流动控制技术的发展与应用展望

  刘晓波;陈涛;周蜜;

  被动流动控制技术在航空航天领域已有广泛应用，但近年来主动流动控制技术的发展优势与应用前景日益凸显。对主动流动控制技术的基本概念和发展现状进行了研究，阐述了主动流动控制技术在减小飞机阻力、提高飞机升力、提高发动机内部混合效率、进行飞机姿态控制和降低流致噪声等方面发挥的重要作用，重点针对全桁架支撑机翼布局、双机身/多机体布局、通道翼布局和极端箭形翼布局等飞机新型气动布局应用主动流动控制技术的前景进行了展望，并就主动流动控制技术未来需开展的主要研究工作提出了几点建议。

  2023年05期 No.455 54-62+71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1066K]
  

技术与方法

• 零压气球升空过程运动特性仿真分析

  程昊天;王梓皓;张泰华;

  针对零压气球升空过程运动特性，进行动力学和热力学分析，引入实测风场数据，建立一个可以用于计算零压气球升速变化、升空轨迹变化以及气球温度变化的综合模型，主要分析不同发放时刻对气球升空过程中的速度、高度、飞行轨迹以及温度特性的影响规律。研究结果表明：飞行实测数据验证了仿真程序的可行性；上升速度曲线呈现双“V”形特点与内部氦气和周围大气温差变化有关；球内氦气温度和运动特性随外界辐射增强而变化显著，适当选取发放时刻有利于保证升空速度的稳定性。理论分析结果和仿真模型可为后续零压气球设计和飞行试验提供指导。

  2023年05期 No.455 63-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1238K]
  

• 一种强抗噪的连续帧无人机集群时序表征方法

  肖晖;赵辰霆;王博;盛庆红;刘慧臻;

  针对敌方无人机来袭时，其集群队形识别易受传感器噪声等外界干扰的情况，提出了一种提取无人机集群连续帧内部关系结构特征的时序表征方法。该方法充分利用无人机集群的方位和距离两个主要元素，对连续帧无人机集群内部关系结构特征进行描述，利用帧与帧之间的参数变化趋势对无人机集群进行时序表征。通过仿真对比实验证明，该方法对无人机集群的特征描述具有较好的抗噪能力和鲁棒性，能够有效解决传感器噪声等外界干扰影响下的队形变形问题，实现无人机集群持续稳定识别。

  2023年05期 No.455 72-78+86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1197K]
  

• 冲压发动机突防能力与航程分析

  王玉清;赵文胜;谢海波;裘云;秦飞;蒋妮;

  随着亚燃冲压发动机应用进一步拓展以及超燃冲压发动机技术逐步取得突破，冲压发动机在高速、远程、宽域工作精确打击武器中发挥了重要作用。从国内外冲压发动机在超声速导弹中应用现状、工作特点和发展趋势出发，研究了冲压发动机对飞行航程、突防能力影响参数。超燃冲压发动机速度快、拦截反应时间短、突防能力强，是高超声速精确打击武器的优势动力；亚燃冲压发动机则兼具有在临近空间和5～50 m低空超声速飞行的特点，可提升导弹高低空突防能力，在相同起飞质量下，基于亚燃冲压发动机的导弹航程优于基于超燃冲压发动机导弹的航程，在作战平台质量受限时，亚燃冲压发动机更适合远距离飞行。

  2023年05期 No.455 79-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 949K]
  
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