气动院变体飞机风洞试验技术的进展

《气动院变体飞机风洞试验技术的进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、气动院变体飞机风洞试验技术的进展蒋增，刘铁中，何宏伟，张旭超（中国航空工业空气动力研究院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：变体飞机由于不同时空尺度的变体将会带来许多不同于传统空气动力学和试验空气动力学的新问题，在风洞试验中，这些问题对试验数据的影响将更加明显。变体飞机风洞试验主要测量机翼等变形过程对流场的扰动引起的动态气动力、力矩和力矩操纵效率变化。相对于常规测力试验，由于模型的变体运动导致试验数据精度差。本文介绍了变体飞机的气动布局的主要变体方式，变体飞机风洞试验的难点，以及气动院在变体飞机风洞试验技术流程、数据采集同步方法和处理方面的改进，实现了变体飞机风洞试验最大马赫数Ma=

2、0.85，最大折叠角速度ω=13°/s，以折叠翼尖变体模型对改进后的变体风洞试验技术进行了验证，结果表明试验精度达到了动态试验的先进指标。关键词：变体飞机；风洞试验；数据采集；数据处理1.引言变体飞机是指机翼/机身具有主动改变外形能力的飞机，在飞行过程中通过主动改变气动外形，使其在执行不同任务或处于不同飞行环境时均能够保持最佳飞行状态的新概念飞机，既具备长航时巡航能力，又具备低空突防能力，执行攻击任务时，速度快、机动性强，可有效的躲避现代化、高性能的防空武器，提高突防的成功概率，增强自身的生存能力。机翼/机身不同时空尺度的变体会引起流场的非定常效应、流场结构的演变和流动机理的改变，因

3、此需要在风洞试验中对飞机的变体过程进行试验测量与观测，以摸清飞机的不同尺度变形对流场结构和气动特性的影响规律和相似准则，对飞机的气动性能进行评估，验证变体方案和飞机在气动载荷下变体结构系统的有效性和可行性。变体飞机外形变化对传统的气动分析和试验方法带来了挑战。为了在风洞试验中准确模拟、测量飞机的变体过程的动态气动力和力矩变化特性，因此需要在常规试验的基础上开展相应的特殊测试方法和数据处理修正方法。[1]2.变体飞机布局的主要变体方式目前飞机变体的方式主要可分为两类：一类是采用机械机构（或智能材料与机械结构相结合）等实现机翼和全机的大尺度变体，如早期的F－14、美国国防部预研计划署正在

4、实施的“变体”项目的“折叠机翼”和“滑动蒙皮”概念；一类是仅仅采用智能材料和结构实现机翼的局部小尺度变体，如柔性后缘技术、主动气动弹性机翼等。从公开的资料来看，目前的主要变体方案有：2.1大尺度变体的变体飞机方案新一代航空技术公司的“滑动蒙皮”方案12006年8月1日，新一代航空技术公司45kg重的喷气式推进无线电遥控缩比概念验证机MFX-1（见图1），在185～220千米/小时的速度下成功地将翼展改变了30%，机翼面积改变了40%，后掠角从15°改变到35°。（a）MFX-1图1新一代航空技术公司的滑动蒙皮验证样机2007年10月，新一代航空技术公司完成了第二代MFX-2变体机翼飞

5、行器的首轮自主飞行。MFX-2为第二代产品（见图2），采用2台喷气发动机、重135千克，飞行中可在遥控和自主控制两者之间切换。其机翼面积改变了40％，翼展改变了73％，机翼面积展弦比改变了177％。（b）MFX-2图2新一代航空技术公司的滑动蒙皮验证样机该公司更大尺寸的变体机翼模型已在NASA跨声速风洞中成功进行了Ma＝0.92的试验（见图3）。该变体机翼采用柔性可伸展蒙皮面板。这些面板通过安装有作动器的接头来相互结合，形成铰接栅格结构。这种机翼设计可在15秒内完成变体。[2，3]图3新一代航空技术公司的可变体飞行器的风洞试验洛克希德/马丁公司的“折叠机翼”方案“折叠机翼”变体概念由

6、洛克希德2马丁公司提出，并由其神秘的“臭鼬工厂”负责研制，它能根据需要从侦察机迅速变为轰炸机，号称“猎人杀手”（见图4）。该变体机翼的设计灵感来自模拟海鸥飞行的动作，在不同飞行需求下变化机翼平面形状，机翼全部展开以利于起飞或巡航，机翼全部收缩以利于高速或机动飞行。该方案已经进行了速度范围0.2马赫~0.9马赫、1.0g空气动力载荷的风洞试验，并获得了成功，但在50,000英尺高空演示验证试验中，在起飞不久就由于稳定性和控制问题而失败。所以，目前其研究重点调整到解决该方案的控制和操纵问题上。[2，3](a)(b)图4洛克希德2马丁公司的折叠机翼3雷神公司的“压缩机翼”方案雷神公司的“压

7、缩机翼”方案是在机翼内安放展开和收缩机翼的作动机构，可按照需要改变机翼的外形，（见图5）。该计划利用“战斧”巡航导弹作为试验这一方案的飞行平台，研制中的主要困难是机翼承受的载荷很大，而作动机构又不可能做得太小，在很薄的机翼中难于实现。因此该方案没有得到美国国防高级研究计划局(DARPA)的认可。图5雷神公司的“压缩机翼”方案目前，新一代航空技术公司和洛克希德2马丁公司都已获得该项目下一阶段3年合同，制造并试飞更大型适用作战要求的可变体飞行器（重达10000