飛機氣動布局
關注創建者：solomon 創建時間：2020-01-15
飛機氣動布局的視頻教程
在Isight平臺上進行的基于MATLAB和AVL的無人機氣動布局參數優化設計
1、MATLAB和AVL模塊的準備，包括： Matlab的M文件的編寫及注意事項； AVL輸入文件的編寫； AVL批處理文件的編寫； 2、Isight模塊的集成及優化的設置，包括： matlab模塊的集成； 輸入輸出參數的設置； 環境變量的設置； 命令語句的添加及注意事項； Simcode的AVL模塊的集成； 輸入輸出參數的設置； 調用代碼的集成； 目標參數和優化的設置；
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基于icem+fluent飛機氣動仿真
本課程從Catia模型處理，到ICEM劃分網格，再到Fluent設置，詳細介紹固定翼飛機(DLR-F6翼身融合體)的氣動仿真過程，并包括各種云圖，壓力系數，氣動力系數的后處理以及和風洞實驗數據的對比，邊界層的處理等，可以得到指定來流速度，攻角，雷諾數的情況下，飛機的升力、阻力、力矩系數，以及機翼各截面位置的壓力系數等流場情況以及氣動力情況！
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基于icem+fluent飛機螺旋槳氣動仿真與噪聲仿真
本課程從模型處理，到icem網格劃分，再到fluent設置和結果后處理，詳細介紹飛機螺旋槳/旋翼/風扇的仿真過程（MRF方法）以及噪聲仿真過程，可以準確的得到指定轉速下，無人機螺旋槳的拉力、扭矩、功率和力效等參數以及相關的壓力速度云圖、矢量圖、聲壓頻譜等。經過數十款槳葉的實驗對比測試，誤差保持在15%以內！
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飛機氣動布局的實例教程
20 世紀初，美國就開展了高超聲速飛機的相關研究，并先后提出了多個概念方案。廖孟豪等[3]對美國軍方和軍工部門提出的4個高超聲速作戰飛機概念方案進行了梳理，對比分析了各個概念方案的氣動布局特點，分析認為，美國高超聲速作戰飛機氣動布局向提升低速特性、降低內外流耦合程度、增加機身容量等方向演變。左林玄等[4]詳細總結了高超聲速飛行器的氣動布局分類，并指出未來高超聲速飛行器的布局將向翼身融合布局和乘波體布局兩個方向發展。李憲開等[5]結合高超聲速飛機的需求，分析了高超聲速飛機氣動布局設計存在的問題、難點和關鍵技術。
氣動布局技術是水平起降高超聲速飛機研制的核心技術之一。崔凱等[6-7]采用前體/發動機一體化設計思想，給出了一種雙旁側進氣翼身融合體概念設計方案。國內對高超聲速飛行器的相關研究日趨活躍，但對高超聲速飛機尤其是氣動布局方面的研究還不多，而且缺乏具體的應用背景和需求指標牽引。劉濟民等對高超聲速ISR平臺的軍事需求進行了分析，并對其在未來海戰中的應用進行了研究[8]。根據軍事需求分析得到的能力需求，目前的技術發展水平和對未來作戰使用的基本構想，對高超聲速ISR 平臺做以下技術想定，見表1。
表1 高超聲速ISR平臺主要技術指標
Table 1 Main technology index of hypersonic ISR vehicle
本文以上述高超聲速ISR 平臺目標圖像為需求牽引，擬采用類乘波體氣動布局，對高超聲速ISR平臺的氣動外形進行初步設計與性能分析，并進一步驗證氣動外形概念方案滿足設計需求的程度，找到軍事需求與技術滿足度之間的差距，為高超聲速飛機氣動布局技術研究指明努力的方向。
1 氣動外形設計方法
氣動外形設計包括乘波前體氣動外形優化設計、機翼設計。
展開 文獻[1]和文獻[2]基于伴隨算子，研究大飛機在全機狀態下的機翼多參數、高精度優化設計，并考慮短艙和機身對機翼氣動特性的影響；文獻[3]采用非結構混合網格方法數值求解N-S方程，分析了進排氣效應對機翼氣動載荷的影響；文獻[4]對大飛機布局風洞實驗尾支撐干擾開展了數值模擬和實驗研究，數值方
法計算結果與風洞實驗結果有很好的一致性；文獻[5]基于3D數字樣機和高精度數值模擬方法，設計自動駕駛儀閉環仿真系統；文獻[6]研究非平面機翼的氣動性能；文獻[7]研究寬體飛機客艙環境控制系統的通風情況；文獻[8]研究飛機在大迎角條件下的氣動特性；文獻[9]研究飛機機翼的結構和氣動耦合技術；文獻[10]研究飛機空氣動力和穩定特性；文獻[11]研究運輸機尾部降阻增升方案的設計，并進行風洞試驗；文獻[12]考慮進氣道幾何特征，研究高速飛機的進氣道特性；文獻[13]使用降階模型，數值模擬飛機的結冰特性；文獻[14]研究大飛機縫翼滑軌對飛機氣動性能的影響；文獻[15]數值模擬大飛機靜壓孔周圍的壓力系數，仿真得出壓力系數與實際側滑角的關系；文獻[16]基于分布式推進系統與翼身融合體耦合的飛機氣動布局設計方案，研究設計參數對飛機氣動特性的影響；文獻[17]計算評估大量外形方案性能，完成民用飛機與發動機集成構型下機翼多目標優化設計；文獻[18]估算機翼下掛載吊艙對試驗飛機飛行品質的影響；文獻[19]提出智能自適應控制策略，并對波音747進行仿真，效果顯示能夠實現強風干擾影響下的大飛機姿態快速穩定與快速機動。
雖然對大飛機的氣動特性研究較多，但是關于概念設計戰略大飛機，且加裝預警雷達天線后的氣動特性對比方面的研究，尚未搜到相關文獻；因此，筆者采用CFD技術，研究戰略大飛機的概念設計，并進行戰略運輸機和戰略預警機的氣動特性研究。
展開 1903年12月萊特兄弟成功試飛了第一架飛機“飛行者一號”，此后飛機經歷了110多年的快速發展。戰斗機在第一次世界大戰后期由偵察機演變而來，并從此登上歷史舞臺，對制空權起到了關鍵性作用。隨著作戰模式的不斷演變，戰斗機設計要求不斷提高，加之各種理論與關鍵技術相繼突破，戰斗機綜合性能不斷提升，其總體氣動布局也隨之改變。
戰斗機總體氣動布局直接影響其飛行性能及作戰效能等。雖然現在歐美與俄羅斯等國采用其各自不同的五代或六代劃分法，但出于方便探討戰斗機氣動布局特點的目的，本文仍基于美國2006年之前的四代劃分法，對國外第一代到第四代戰斗機總體氣動布局演變進行歸納總結，并對未來戰斗機總體氣動布局進行初步預測。
01
戰斗機總體氣動布局演變
戰斗機劃代的根本依據是戰斗機作戰模式的改變、技術的突破、性能的提升。
展開 概述
由于飛機部件裝配、老化等原因，某些部件、舵面、氣動結構之間的間隙和平齊度會發生變化，通常需要參考AMM或SRM檢查部件結構性、功能性和氣動性structurally, functionally and aerodynamically acceptable to engineering.，其中氣動性主要指間隙和平齊度，并通過測算驗證氣動效應值NEV是否在限制范圍NEL內，或在可接受范圍內（acceptable as is without any additional adjustments）。
近日，中國最先進氣動設計的民航客機，進行風洞測試！
這一最新客機的縮比模型，展示出世界頂尖的該類別民航機氣動整體布局，讓人眼前一亮！
上圖就是中國航空工業氣動院設計的“靈雀B”大邊條翼身融合民航客機驗證機縮比模型。
它剛剛實施了首次風洞自由飛試驗，在我國先進大尺寸風洞中完成六自由度飛行試驗。試驗中該先進民航客機縮比模型的操縱性、穩定性、飛行品質得到了考驗。
大邊條、翼身融合，是現代戰斗機上極為出色的一種氣動整體布局，目前還沒有民航客機使用這一設計，假如中國能率先打造相關客機，將引領該領域世界潮流。邊條是機身機翼之間的延展過度結構，它最大的優點是可以產生有利的脫體渦，改善提高飛機氣動性能。
在歷史上，后掠翼或三角翼有著較好的高速性能，但低速性能很差，升阻比不理想。而在大迎角飛行時，常規布局的飛機容易失速，這扼制了機動性的改善。此外傳統布局橫側穩定性不盡理想。
為克服后掠翼等傳統布局上述缺點，出現了大邊條翼設計，它能夠產生有利的脫體渦流，使得低速下、大迎角下仍有足夠升力。橫測穩定性也有所改善。
此外，大邊條令飛機在相對高速飛行時，激波強度獲得降低，提高了機翼氣動效率，包括配平阻力減少大約20%。這對于進一步提高已經接近音速的現代民航客機的速度，有明顯益處。
大邊條往往與翼身融合布局同時出現，即機翼和機身結構采用漸進過渡，而不是傳統上突兀的簡單過渡。這有利于優化整體氣動性能，同時也有利于增大內部空間，翼身融合部位可安排油箱、設備艙等等。
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圖2 戰斗機氣動布局的更迭
具有良好氣動布局外形的飛機通過不斷地更新發動機和記載設備可使其服役期延長幾十年，而這不僅僅限于軍用飛機。上世紀40年代的安2運輸機，其優異的氣動布局，使得至今其仍具有蓬勃的生命力。因此，在飛機設計中，氣動布局設計，尤其是先進氣動布局設計占有極其重要的地位。
經CFD數值模擬，得出如下結論：
1)基于CATIA軟件對飛機進行3維曲面建模，然后使用Workbench 軟件的Fluent模塊對3D模型進行氣動特性分析，該計算流程在飛機概念設計階段估算飛機性能的可行性強；
2)戰略大飛機為正常式氣動布局、H形尾翼、4臺渦扇發動機的寬體客機。戰略大飛機的基本參數：飛機長為84.8 m，機高18.3 m，翼展為88.4 m。
概述
由于飛機部件裝配、老化等原因，某些部件、舵面、氣動結構之間的間隙和平齊度會發生變化，通常需要參考AMM或SRM檢查部件結構性、功能性和氣動性structurally, functionally and aerodynamically acceptable to engineering.，其中氣動性主要指間隙和平齊度，并通過測算驗證氣動效應值NEV是否在限制范圍NEL
1 綠色航空對機翼設計技術的需求
從飛機設計綜合技術來說，可通過多種渠道促進“綠色航空”的實現，如先進的飛機布局和氣動設計技術進步可以實現飛機的減阻減噪，復合材料的廣泛應用可大大減輕飛機的重量、減小能源消耗，高效發動機技術可以減小污染排放等。這些新技術的應用不僅可以降低航空運輸對環境的影響，對于提升民用飛機的經濟性也具有重要的意義。
通常采用精益設計和先進材料、工藝替換來挖掘潛力，但已觸及“天花板”，甚至關系到新機研制的成敗，如無人作戰飛機如果采用傳統結構就無法實現高過載的設計要求，大部件接頭凸出飛機外形，會顛覆飛機先進氣動隱身布局。
為什么戰機傳統結構“弊端”長期難以突破?這是因為飛機結構非常復雜，零部件離散，以接頭連接、鉚接/螺接為主，涉及10余個大部件、上百種工藝、數萬個零件、數十萬個標準件（見圖1）。
李憲開等[5]結合高超聲速飛機的需求，分析了高超聲速飛機氣動布局設計存在的問題、難點和關鍵技術。
氣動布局技術是水平起降高超聲速飛機研制的核心技術之一。崔凱等[6-7]采用前體/發動機一體化設計思想，給出了一種雙旁側進氣翼身融合體概念設計方案。國內對高超聲速飛行器的相關研究日趨活躍，但對高超聲速飛機尤其是氣動布局方面的研究還不多，而且缺乏具體的應用背景和需求指標牽引。
該白皮書全面總結了目前航空零排放技術的研發狀況及為實現零排放所做的工作，認為只有通過科技界、航空業和政府部門密切協作，綜合采用可持續發展的航空燃料、更新的飛機氣動布局、新型燃料電池和新型燃氣渦輪發動機等多種技術，才能在2050年前實現零排放。德國宇航中心認為，實現航空零排放需要進行大量的研究工作，同時必須進行各種顛覆性技術的開發，并根據飛機的大小、航程的遠近分別采用不同的技術方案。
飛機總體氣動布局與其作戰要求、飛行性能、動力/武器配置、總體布置等相關，本文將對其進行討論。
來自一汽解放商用車開發院、上海汽車集團股份有限公司技術中心、天津力神特種電源科技股份公司，北京交通大學客戶針對重卡熱管理快速仿真方案、Fluent汽車空氣動力學前處理二次開發方法、菱形翼飛機氣動布局優化、汽車電池防護電路板電磁兼容等領域介紹了ANSYS產品深度應用。
近日，中國最先進氣動設計的民航客機，進行風洞測試！
這一最新客機的縮比模型，展示出世界頂尖的該類別民航機氣動整體布局，讓人眼前一亮！
上圖就是中國航空工業氣動院設計的“靈雀B”大邊條翼身融合民航客機驗證機縮比模型。
它剛剛實施了首次風洞自由飛試驗，在我國先進大尺寸風洞中完成六自由度飛行試驗。試驗中該先進民航客機縮比模型的操縱性、穩定性、飛行品質得到了考驗。
大邊條、翼身融合
