摘要 在本文中,我们提出并验证了一种用于模拟航空航天应用的新型稳定可压缩流有限元框架。该框架由基于流线迎风/Petrov-Galerkin (SUPG) 的可压缩流 Navier-Stokes 方程、充当壁面函数的弱强制本质边界条件和充当激波捕获算子的基于熵的不连续性捕获方程组成。针对从低亚音速到跨音速流态的各种马赫数测试了该框架的准确性和稳健性。对 NACA 0012 翼型、RAE 2822 翼型、ONERA M6 机翼和 NASA 通用研究模型 (CRM) 飞机周围流动的二维和三维验证案例进行了气动模拟。将从所有案例的模拟中获得的压力系数与实验数据进行了比较。计算结果与实验结果一致性较好,证明了本文提出的有限元框架用于飞机气动模拟的准确性和有效性。
流体动力学——通常在其他地方发展起来——是解决实际问题过程中绝对关键的因素。 很明显,德莱顿继承了航空探索的传统。在这本书中,莱恩非常有效地捕捉到了过去半个世纪以来德莱顿与合作伙伴的合作方式,例如,我们强调研究仪器,获取我们需要的数据;安全和质量保证;由一支小型、综合、高素质的团队进行仔细的飞行计划。我们还从他那里得到了我们愿意应对最困难和看似不可能完成的任务的勇气。我们今天使用的航空委员会 (NACA) 实际上是在 1940 年成立的。在第二次世界大战期间,他参与了这些早期项目的评估。历史记录了所有技术飞机(P-47、P-5 1 和 F6F)的评估,从马赫数、操纵品质、低速和高速飞行高度、机动性、轨道等特性方面进行评估。作为 Hartley A. 的一员,仅凭这些,Walt 就会被铭记和
到目前为止,“第一次世界大战中的科学技术”这一主题都是从新武器的发明和发展的角度来处理的,而且往往重点放在化学战的主题上,而忽略了其他重要方面。相比之下,本《档案研究指南》的方法来自社会科学,侧重于相关科学、军事和政府机构的建立以及战争期间建立的个人网络。通过逐个国家研究这些机构和网络,可以对它们进行比较,从而进一步研究机构的社会学。通过指出所考虑的国家和机构之间的联系和交流渠道,这种方法开辟了跨国视角,并支持了这样一种自相矛盾的见解:跨国联系可以消除国家障碍,同时加强民族国家本身。在个人层面上,ARG 考虑到知识分子的作用,对他们来说,科学的客观性/中立性和爱国主义承诺似乎并不矛盾。值得注意的是,第一次世界大战导致了几家旨在通过国家资助科学的机构的建立,最著名的是法国(CNRS)、美国(NACA/NASA)和俄罗斯(KEPS)。
到目前为止,“第一次世界大战中的科学技术”这一主题都是从发明和新武器的发展的角度来处理的,而且往往重点放在化学战的主题上,而忽略了其他重要方面。相比之下,本《档案研究指南》的方法来自社会科学,侧重于相关科学、军事和政府机构的建立以及战争期间建立的个人网络。通过逐个国家审查这些机构和网络,可以对它们进行比较,从而进一步研究机构的社会学。通过指出所考虑的国家和机构之间的联系和交流渠道,这种方法开辟了跨国视角,并支持了跨国联系可以消除国家障碍同时加强民族国家本身的矛盾见解。在个人层面,ARG 考虑到知识分子的作用,对他们来说,科学的客观性/中立性和爱国承诺似乎并不矛盾。值得注意的是,第一次世界大战导致建立了几个旨在通过国家资助科学的机构,最著名的是法国(CNRS)、美国(NACA/NASA)和俄罗斯(KEPS)。
图 1:NACA 空中数据臂设计,在 UTSI Cessna 210 右翼尖配备流动角叶片。 .............................................. 1 图 2:惯性(东北向下)坐标系。来源:USAF TPS [6]。 .............................................................................. 5 图 3:机身固定坐标系。来源:USAF TPS [6]。 ............................................................................................. 6 图 4:流动角参考系。u、v、w 分别是机身固定参考系上 x、y、z 方向的速度矢量。来源:NASA [9] ......................................................................................................... 8 图 5:X-Z 轴上的攻角、俯仰角和飞行路径角视图。来源:波音航空杂志 [11]。 ... 9 图 6:不同情况下攻角和俯仰角的差异 [12]。 ............................................................................. 9 图 7:由于升力要求,平飞中的攻角会发生变化 [12]。 ................................................................ 9 图 8:估算 Oswald 效率因子的方法。来源:Roskam [15]。 .............................................................. 16 图 9:阻力系数随马赫数变化的典型变化。来源:Kroo [16]。 .............................................................. 18 图 10:烟气风洞试验中机翼上方的上洗流。来源:Babinksy [17]。 ..............................................................
内部空间非常适合两名体型较大的飞行员,宽度比赛斯纳 172 稍大。与 Sling High Wing 相比,一个显著的区别是垂直稳定器比低翼飞机高 20 厘米。Sling High Wing 和 Sling TSi 的显著区别在于发动机罩右侧的大型 NACA 管道,它将空气送入发动机的大容量中冷器。弓形复合材料主起落架支柱是 Sling Aircraft 的标准配置,并连接到单体式机身下侧,与 Sling TSi 相比变化很小。复合材料门关闭牢固,在原型机上,它们安装得非常好。门方便地铰接在机身两侧的前部。后排座椅提供了充足的舒适度,座椅后面有一个行李舱。前轮也没有变化,允许与 Sling TSi 一样向前安装防火墙。 ZU-SHW 是一个原型机,我听说该飞机的完成度达到了 95%,但是团队希望生产模型的完成度达到 100%,因此在他们乐意将 Sling High Wing 投入批量生产之前,还需要进行一些“调整”。
第二次世界大战结束不到一年,美国国家航空咨询委员会 (NACA) 将一小群飞行测试人员从兰利纪念航空实验室(后来成为弗吉尼亚州汉普顿的 NASA 兰利研究中心)调到加利福尼亚州莫哈维沙漠的穆洛克大干湖,对 XS-1 高速实验飞机进行飞行测试和航空研究。(XS 代表 eXperimental Sonic,后来缩写为 X-1。)第一批到达并开始工作的人员中有一群由 Roxanah Yancey 领导的“计算机”。这些“计算机”都是年轻女性,她们读取胶片上记录的飞行测试数据,将这些数据输入机械计算器,然后费力地绘制结果图。这是当今即时遥测数据(在地面多通道记录器、X-Y 绘图仪或阴极射线管上显示绘图信息)的繁重前身。多年来,Roxy 和她的“计算机”团队使用计算尺、面积计和计算器执行这些计算。高速、大内存计算机仍是十年或二十年后的事情;书呆子、极客和黑客仍在酝酿之中,计算机科学的大学学位还不存在。
兰利纪念航空实验室成立于 1917 年,是美国第一家根据国家航空咨询委员会 (NACA) 章程建立的民用航空研究实验室。这个高产的实验室的主要任务是发现和解决飞行问题,它利用大量风洞、实验室设备和飞行研究飞机来构思和完善新的航空概念,并为飞机设计中的关键技术学科提供数据库和设计方法。第二次世界大战 (WWII) 之前,兰利对机翼、飞机结构、发动机整流罩和冷却、阵风减缓和飞行品质等不同主题的研究在民用航空界广泛传播,该技术在民用飞机上的应用也很常见。然而,在二战期间,兰利的设施和人员必然专注于支持国家的军事努力。二战后,兰利的航空研究受到高速飞行挑战以及高速飞机配置在相对低速(例如起飞和降落时)运行时出现的相关问题的刺激。兰利当时的大部分研究最终对民用和军用航空业都有用。随着 1958 年新成立的国家航空航天局 (NASA) 的出现,兰利
是谁做出了这些重要的发现,从而形成了我们今天所知的现代空气动力学?首先,我们要感谢丹尼尔·伯努利 (1700-1782),他是艾萨克·牛顿的同时代人,也是伯努利的同事,莱昂哈德·欧拉 (1707-1783) 和乔治·凯莱爵士 (1773-1857) 被一些权威人士视为重于空气的飞行空气动力学之父。许多其他伟人也参与了空气动力学的发展,特别是在 20 世纪上半叶。这些名字可以归功于少数几个 - 比如阿道夫·布塞曼教授、尼古拉·尤可夫斯基、西奥多·冯·卡门、马丁·库塔、路德维希·普朗特、迪特里希·库赫曼博士和理查德·惠特科姆。这个名单并不完整,本书中还提到了其他几个名字;不过,我向那些没有被提及的人表示歉意,他们也为空气动力学做出了巨大贡献。这些早期研究大部分起源于欧洲大陆——瑞士、德国、俄罗斯和英国,其他国家也有少量研究。美国大型 NACA/NASA 研究中心始于 20 世纪,它们为空气动力学研究做出了巨大贡献,至今仍在做出贡献。
提出了鱼骨主动弯曲 (FishBAC) 变形结构。这种新颖的、受生物启发的概念由四个主要元素组成:一个柔顺的骨架核心、一个预张紧的弹性基质复合材料柔顺蒙皮、一对与不可反向驱动的卷轴滑轮耦合的拮抗肌腱作为驱动机构,以及一个非变形主翼梁。FishBAC 概念能够产生翼型弯曲的大变化,因此被提议作为一种适用于固定翼飞机、直升机、风力涡轮机、潮汐涡轮机和倾转旋翼机的大型、连续可变弯曲解决方案。为了考虑该概念相对于现有技术的空气动力学性能,使用 FishBAC 概念对具有平整后缘襟翼的 NACA 0012 基线翼型和具有连续变形后缘的相同基线翼型进行了比较。在斯旺西大学的低速风洞中对一系列弯曲变形和攻角进行了测试。发现这两种方法都能产生类似的升力系数,但阻力结果的比较表明 FishBAC 几何形状的阻力显著降低。在通常用于固定翼和旋翼应用的攻角范围内,升力效率提高了 25% 左右。