本文梳理了美国军方和军工部门提出的4个高超声速作战飞机概念方案,对比分析了各个概念方案的气动布局特点,按照时间线总结分析了两批概念方案气动布局的演化特征和方向。分析认为,美国高超声速作战飞机气动布局呈现出提升低速特性、降低内外流耦合程度、增加机身容量等演变方向,为紧密掌握高超声速飞机发展方向提供参考借鉴。

在导弹设计研发的初始阶段,需要精确获取导弹不同气动外形对应的气动参数。然而,获取导弹气动参数的传统方法存在价格昂贵、过程耗时等缺陷。为此,本文进行了基于神经网络的导弹气动参数预测研究,构建了利用思维进化算法优化的BP神经网络模型。建模结果表明,利用该方法进行导弹气动参数的预测是可行且有效的,在样本所确定的参数范围内,对导弹的气动参数拟合能力较强,具有较好的泛化能力。

组合动力空天往返飞行器是下一代航天运输系统的发展方向,应用前景广阔,作为组合动力运载器直接实现形式和性能载体的气动布局,以及与其相关的空气动力技术,是研发组合动力运载器必须首先认识和解决的关键问题。本文对已有组合动力空天往返飞行器的气动布局特征,以及组合动力运载器发展涉及的复杂流动机理、宽速域气动布局设计等气动关键问题进行了梳理和探讨,以期为后续宽空/速域飞行器的研究提供指导与借鉴。

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。

以一种大展弦比“重叠式”可折叠弹翼组件为研究对象,采用数值模拟与风洞试验相结合的方法,分析了该弹翼组件气动布局在小型化滑翔型制导航空弹药中的应用,对弹翼组件的外形参数进行了优化设计。通过三自由度弹道仿真计算验证了该弹翼组件气动布局的气动特性及滑翔性能。研究结果表明:这种“重叠式”可折叠弹翼组件气动布局可以大幅度减小折叠弹翼在收拢状态下的外形尺寸;在同样的弹体结构和尺寸包络限制下,弹翼弦长可达到传统面对称平直弹翼的2倍,有效增大了升力面面积,实现了在外形尺寸限制下的高升阻比气动布局;该弹翼组件在结构上更为简洁紧凑,解决了传统的对折式弹翼形式在小型化制导弹药上应用所面临的结构效率和气动增益受限的问题。

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。