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.

开展了机器学习在翼型气动力计算和反设计方法中的应用研究,实现了在更大翼型空间范围内,人工神经网络的训练和优化,建立了翼型气动力计算模型,和给定目标压力分布的翼型反设计优化模型.作为机器学习领域兴起的研究热点,人工神经网络的研究工作不断深入,有研究者尝试将其应用于流体力学的学科范畴内.文章实现人工神经网络在翼型计算领域中应用的方法如下:首先通过Parsec参数化方法,围绕基准翼型构造了一定翼型空间范围的翼型库,利用XFOIL进行数值模拟,搭建了和翼型库具有一一映射关系的流场信息库.通过训练和优化神经网络,实现了基于此模型的快速、高可信度的翼型气动力预测,以及新型的翼型优化设计方法.通过自动化编程实现样本库的批量生成,实现了不同翼型空间的样本量下,神经网络的训练和优化过程.实验结果表明,在机器学习领域中...

焦点与质心的位置关系,即静稳定度是飞行器研制和使用中的重要参数.为实现在飞行过程中实时调节合理的静稳定度,提出了3种可变形鸭翼形式,即可变后掠鸭翼、伸缩鸭翼、滑动鸭翼.通过计算流体力学仿真的手段研究了3种可变形鸭翼方案在宽速域范围内的焦点位置调节能力.结果表明3种方案均具有有效的焦点位置调节能力,在所研究的参数范围内,可变后掠鸭翼在亚声速段具有最强的焦点调节能力;伸缩鸭翼在跨声速和超声速段焦点调节能力相对较强;在高超声速段滑动鸭翼的焦点调节能力最强.分析认为3种方案中可变后掠鸭翼最具工程实现价值.

新型高速飞行器返回再入及在大气层内飞行的过程中面临多样化的气动加热环境,材料工艺的改进和多组分的添加使材料高温热响应特性变得更加复杂,并呈现多尺度特性.文章从飞行热环境、材料工艺特征和细微观响应等方面对材料防热机理和建模方法进行了阐述,对不同类型飞行器热环境特征与防热建模难点进行了分析,对各类防热材料工艺与热响应特点进行了总结,提出了防热建模分析中需要重点关注的几类问题并给出了典型的应用案例,最后重点介绍了基于微观的组分高温热物性预示方法和材料优化设计的案例与验证方法,以期对新型飞行器的防热设计有所助益.

为了研究复杂构型前缘一体化高温热管结构在高热流密度状态下的防热效果,设计了飞行器气动加热轨道,实现了高温热管低状态完全启动、高状态极限考核。然后采用超声速电弧风洞驻点自由射流结合轨道模拟技术,模拟乘波体飞行器的前缘疏导构件的气动加热环境,开展了前缘一体化高温热管结构防热效果研究。实验结果表明,一体化高温热管结构能够多次使用,低状态下高温热管的启动时间约为115 s,在高状态下结构依然有效,降温系数达到24.5%,验证了前缘疏导式防热结构的防热效果,可为未来新型高超声速飞行器非烧蚀热防护系统的设计提供指导。

面对称重复使用运载器出于俯仰配平控制需求通常会在力臂最长的尾端面布置体襟翼,飞行过程中发动机喷流对体襟翼产生强烈局部干扰加热,底部发动机喷流体襟翼干扰加热精确预示是重复使用运载器热防护设计的关键问题。首先开展全尺度局部燃气流风洞测热试验,针对高温燃气与体襟翼直接干扰、二次干扰量值及规律进行了分析;进一步开展多组分气体模型燃气喷流干扰数值模拟研究,通过燃气流风洞试验数据对数值仿真的正确性进行了验证,分析了典型飞行工况喷流干扰热特性及变化规律;通过研究详细分析了喷流干扰热流与流场压力特性间关联性关系,在传统喷流直接干扰热流与压力比拟关系基础上进一步获得了二次干扰主控因素与干扰关系,且通过相关性分析发现二次干扰区热流相对同等工况直接干扰压力相关性强度增幅达84%以上。预测分析方...

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.

相对常规悬臂梁布局飞机,支撑机翼飞机允许有更大的展弦比、更薄的机翼及较小的后掠角,从而可以减小诱导阻力、波阻,并增加层流范围,是未来飞机的一个可供选择方案.文章基于N-S方程对高亚声速支撑机翼构型进行了气动外型设计,在巡航Mach数为0.7,设计升力系数为0.6的条件下,支撑机翼构型相对无支撑构型升阻比仅减小6.3%,而初始无支撑翼身组合体构型相较常规悬臂梁翼身组合体构型最大升阻比提高了约35%,设计结果表明支撑机翼构型是可明显提高飞行性能的未来高亚声速飞机的一种新型外型.文章也对支撑外型、位置参数及机翼内翼下翼面外型修型对支撑机翼构型的干扰影响进行了研究,研究结果表明:支撑上翼面外型、支撑弦长、相对厚度、展向位置、扭转角分布及机翼下翼面外型对支撑机翼构型气动影响较大.

自然界中的昆虫和鸟类大都采用拍翼飞行的策略,其优越的气动表现使拍动飞行方式备受关注.值得注意的是,拍动飞行昆虫和鸟类在实现高机动性的同时,产生的噪音并不十分显著.因此,对拍翼飞行的流固声耦合问题进行研究,揭示其飞行动力学和声学特性,对于应用这类飞行技术具有重要的指导意义.文章采用一种浸入边界法对拍翼悬停时的流固声耦合问题进行数值模拟研究.具体针对刚性拍翼和不同刚度、质量比的柔性拍翼进行了数值模拟,分析了拍翼刚度和质量比对拍翼悬停时的升力和声学特性的影响.结果表明拍翼的转动能有效增加升力,提高效率并降低拍翼运动产生的声音;同时悬停拍翼的近场声受涡的影响明显,尤其是在较大的转动角度时;引入适当的弹性可有效提高拍翼在悬停时的气动表现,包括提高升力系数和效率;综合考虑气动和声学表现,可以看出...

从飞行器刚弹耦合动力学模型出发,引入柔性机翼准定常假设,建立大柔性飞行器非线性静气动弹性气动力方程,利用非线性迭代求解思路模拟了柔性飞行器的静气动弹性响应行为,开展了大展弦比飞机静气动弹性风洞试验验证,采用气动力有限基本解与机翼的耦合计算,发现了大柔性飞机大变形状态下载荷及结构变形形式随风速的变化规律.传统基于小变形假设的线性分析方法和刚体分析由于无法考虑气动面随结构变形的曲面气动力因素和结构变形后的非线性刚度特性,均与风洞试验存在一定的误差.对于大展弦比柔性飞机的非线性静气动弹性分析十分必要.