根据联邦航空管理局的研究,仅美国航空公司每年就燃烧 162 亿加仑的航空燃料,导致美国空气污染的 3% 以上,航空业贡献了全球空气污染的 1% 以上。与其他污染源相比,这些数字可能看起来微不足道,但航空业仅占世界贸易量的 0.5%,而全球能源消耗量为 2.2%。目前电池和电动机的进步并不能在不久的将来取代燃气涡轮发动机,特别是对于远程飞机而言。本文介绍了一种 BWB 飞机的概念设计,该飞机可载客 160 人,航程 9200 公里,巡航速度为 0.77 马赫数,可通过 FAR 25 认证。设计非常规配置的方法包括传统的飞机设计方法和新颖的方法。在任何航程方程中,升阻比都起着重要作用。对于 BWB 飞机来说,这个比率相当高,而且随着发动机效率的提高,每位乘客每公里的燃油消耗量可以大幅降低。与具有类似载客量和任务特征的传统飞机相比,BWB 飞机的一体式设计提供了较低的空重。
摘要 根据联邦航空管理局的研究,仅美国航空公司每年就要燃烧 162 亿加仑的航空燃料,导致美国空气污染占全国 3% 以上。航空业贡献了全球空气污染的 1% 以上。与其他污染源相比,这些数字似乎微不足道,但航空业仅占世界贸易货运量的 0.5%,而全球能源消耗量为 2.2%。目前电池和电动机的进步并不能在不久的将来取代燃气涡轮发动机,特别是对于远程飞机而言。本文介绍了一种 BWB 飞机的概念设计,该飞机可载客 160 人,航程 9200 公里,巡航速度为 0.77 马赫数,可通过 FAR 25 认证。设计非常规配置的方法包括传统的飞机设计方法和新方法。在任何航程方程中,升阻比都起着重要作用。对于 BWB 飞机来说,这个比率相当高,而且随着发动机效率的提高,每位乘客每公里的燃油消耗量可以大幅降低。与具有类似载客量和任务特征的传统飞机相比,BWB 飞机的一体式设计提供了较低的空重。
下压力可用于增加车辆转弯时轮胎的侧向力极限和车辆减速时的制动力极限。空气阻力是决定车辆加速性能的重要因素。前后下压力平衡也有助于车辆稳定性。空气动力学开发的目的是考虑这三个要素之间的平衡,最大化下压力或升阻比。在开发过程中,使用 50% 比例模型在风洞试验中优化车辆形状,然后使用全尺寸风洞试验验证效果。使用 CFD 和粒子图像测速 (PIV) 同时分析气动现象有助于模型比例风洞的开发以有效的方式向前推进。在一定程度上,使用 CFD 定量评估气动载荷也成为可能,使其成为能够支持部分优化过程的工具。作为风洞试验和赛道上实际行驶的车辆之间的桥梁,CFD 的重要性也在日益增加。例如,使用CFD再现轮胎因侧向力而变形时的气流,而这在风洞中用实车是无法再现的,因此对在赛道上行驶的车辆周围的气流有了新的认识。其中一部分认识已在风洞试验中得到验证。
下压力可用于增加车辆转弯时轮胎的侧向力极限和车辆减速时的制动力极限。空气阻力是决定车辆加速性能的重要因素。前后下压力平衡也有助于车辆稳定性。空气动力学开发的目的是考虑这三个要素之间的平衡,最大化下压力或升阻比。在开发过程中,使用 50% 比例模型在风洞试验中优化车辆形状,然后使用全尺寸风洞试验验证效果。使用 CFD 和粒子图像测速 (PIV) 同时分析气动现象有助于模型比例风洞的开发以有效的方式向前推进。在一定程度上,使用 CFD 定量评估气动载荷也成为可能,使其成为能够支持部分优化过程的工具。作为风洞试验和赛道上实际行驶的车辆之间的桥梁,CFD 的重要性也在日益增加。例如,使用CFD再现轮胎因侧向力而变形时的气流,而这在风洞中用实车是无法再现的,因此对在赛道上行驶的车辆周围的气流有了新的认识。其中一部分认识已在风洞试验中得到验证。
下压力可用于增加车辆转弯时轮胎的侧向力极限和车辆减速时的制动力极限。空气阻力是决定车辆加速性能的重要因素。前后下压力平衡也有助于车辆稳定性。空气动力学开发的目的是考虑这三个要素之间的平衡,最大化下压力或升阻比。在开发过程中,使用 50% 比例模型在风洞试验中优化车辆形状,然后使用全尺寸风洞试验验证效果。使用 CFD 和粒子图像测速 (PIV) 同时分析气动现象有助于模型比例风洞的开发以有效的方式向前推进。在一定程度上,使用 CFD 定量评估气动载荷也成为可能,使其成为能够支持部分优化过程的工具。作为风洞试验和赛道上实际行驶的车辆之间的桥梁,CFD 的重要性也在日益增加。例如,使用CFD再现轮胎因侧向力而变形时的气流,而这在风洞中用实车是无法再现的,因此对在赛道上行驶的车辆周围的气流有了新的认识。其中一部分认识已在风洞试验中得到验证。
在概念设计期间,预测抖振起始边界时会出现一个问题。由于有效载荷航程和巡航高度能力面临的压力,改善抖振起始边界往往非常重要。它是确定运输机低音速和跨音速性能的主要限制之一。抖振是一种由气流分离或冲击波振荡引起的高频不稳定性,可看作是一种随机受迫振动。根据攻角和自由流速度,气流分离可产生气动激励。后缘的分离边界层会产生湍流尾流,如果此尾流撞击水平尾翼面等,抖振就会影响飞机结构的尾部。由于抖振会限制设计升力系数,因此可能会限制飞机的最大升阻比和运行上限。这意味着,如果没有准确考虑抖振,设计师进行的性能计算可能与飞机的实际性能不符,因为 Breguet 射程方程和耐久性方程都是升力和阻力特性的函数。简而言之,本论文研究的主要动机是创建一种更先进但快速的跨音速抖振起始预测工具,以便在概念设计阶段实现更大的设计自由度。这意味着该工具应该比传统工具更快,它应该可靠并且能够处理非常规配置。此外,它应该以模块化方式构建,以便于使用、更改和更换工具的部件。
当其在临近空间飞行并获得一定高度和速度时,凭借高升阻比的结构优势,仍可实现大范围的水平和垂直机动。它不仅克服了传统抛物线弹道机动性差的缺点,而且与常规高超声速巡航导弹相比,还具有射程远、机动性强的优势。随着临近空间高超声速滑翔飞行器能够丰富空间作战的内涵和理念、对传统作战模式提出挑战和冲击、具有广阔的军事应用前景等共识,各国都高度重视临近空间高超声速滑翔飞行器的弹道特性研究。参考文献[4]用数值方法研究了初始高度、角度和速度对弹道平衡滑翔状态的影响,并分析了跳跃形成的原因。文献[5]改进了平衡滑翔和跳跃滑翔两种典型弹道的弹道特性研究方法。文献[6]对跳跃式高超声速飞行器的弹道特性及参数优化问题进行了探讨。本文通过建模与仿真的方法,对某高超声速滑翔飞行器滑翔再入弹道特性进行了分析,并从射程、速度、高度、过载等方面探讨了飞行器动能武器系统防御该类飞行器的难点。为临近空间防御能力建设提供了方向。
摘要:为研究上下旋翼干扰效应以及进给比、轴倾斜角和升力偏移对缩比同轴刚性旋翼系统气动性能的影响,对缩比同轴刚性旋翼系统在悬停和稳定前飞过程中的气动性能进行了实验研究。旋翼系统采用直径2 m、四叶片上下无铰链旋翼,安装在同轴旋翼试验台上。实验在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)的φ3.2 m风洞中进行。旋翼系统在0°~13°的总距范围内进行了悬停测试,并在进给比高达0.6的情况下进行了前飞测试,重点关注了轴倾斜角和升力偏移扫掠。为了使共轴旋翼的运行方式与实际飞行方式相似,悬停飞行时将扭矩差调整为零,前飞时保持恒定升力系数。在同轴旋翼中以相同的螺距角设置进行了孤立单旋翼配置试验。悬停试验结果表明,下旋翼的品质因数 (FM) 值低于上旋翼,且均低于孤立单旋翼。此外,在相同的叶片载荷系数 (C T / σ) 下,同轴旋翼配置可以获得更好的悬停效率。前飞时,有效升阻比 (L/De) 为
人们会考虑在不首先测量其稳定性、升力和阻力特性的情况下进行先进设计。风洞的实用性是显而易见的,但它并不是第一个空气动力学测试设备。测量阻力和航空理论各个方面的探索始于航空业的首次进步,即引入旋转臂。旋转臂装置(4 英尺长)是由才华横溢的英国数学家本杰明罗宾斯 (1707-1751) 开发的。它由作用在滑轮和主轴装置上的下落重物旋转,臂尖的速度仅为每秒几英尺(最高速度为 3 至 6 米/秒)。大量的湍流给实验者带来了严重的问题,例如确定模型和空气之间的真实相对速度。此外,当模型高速旋转时,很难安装仪器并测量施加在模型上的微小力。英国航空学会理事会成员 Francis Herbert Wenham (1824–1908) 于 1871 年发明、设计和运行了第一个封闭式风洞,解决了这个问题。经过一些实验研究,发现升阻比非常高,因为这种机翼可以支撑相当大的负载,使动力飞行似乎比以前想象的更容易实现。进一步的研究工作揭示了现在称为纵横比的影响:长而窄的机翼(如现代滑翔机上的机翼)比具有相同面积的短机翼提供更大的升力 [1-3]。
概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 组织进展。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 机构内研究。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 机构间合作研究。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...... div>10 空中机动性对于国家经济稳定、增长和安全至关重要 。。。。............。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12 简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...... div>......12 最新技术。。。。。。。。 < /div>.....。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...... div>....14 个需要克服的基本移动挑战 .。 。 。 。 。 。 。 。 . . . . . . . . . . . div> . . . . . . . . . . . 14 移动性研发目标和目的 . . . . . . 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 . . . . . . div> . . . . . . 15 目标 1 — 开发基于轨迹和性能的运行中飞机间隔减小 。 . . . . . 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 . . . . 16 目标 2 — 通过管理 NAS 提高 NAS 容量资源和空中交通流量应急措施 . . . . . . . . . . . . . < div> 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。。。。。。。。。........... div>...........14 移动性研发目标和目的 ......。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...... div>......15 目标 1 — 开发基于轨迹和性能的运行中飞机间隔减小 。.....。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 . . . . 16 目标 2 — 通过管理 NAS 提高 NAS 容量资源和空中交通流量应急措施 . . . . . . .。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。....16 目标 2 — 通过管理 NAS 提高 NAS 容量资源和空中交通流量应急措施 .............< div> 。。。。。。。。。。。。。...........17 目标 3 — 减少天气对空中交通管理决策的不利影响 ...........。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。..........18 目标 4 — 最大限度地提高机场和大都市地区的到达和出发人数 ...........。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。...............18 目标 5 — 开发扩展的有人驾驶和无人驾驶飞机系统能力,以利用提高的航空运输系统性能 .......。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.......................。。。。。。。。。。。。。。23 简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 最先进的技术。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 需要克服的基本技术挑战。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23 国家安全和国土防御研发目的和目标。。。。。。。。。。。。。。。。24 目标 1——展示提高巡航升阻比和创新机身结构概念,以实现高效高空飞行和机动性飞机 ....................。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。..25 目标 2 — 提高旋翼机的升力、航程和任务能力 ..................。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。.........25 目标 3 — 展示降低燃气轮机特定燃料消耗 ......26 目标 4 — 展示提高飞机发电和热管理能力 .....。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。26