飛行器的案例
飛行器中的“精靈”——CA-X4810四旋翼飛行器
近年來，四旋翼飛行器可謂是航空領(lǐng)域的寵兒。無論是“小巧會飛的照相機”，還是飛行器大賽的種子選手，亦或是電力巡檢、快遞投送、救援搶險的小能手，甚至是披掛上陣，執(zhí)行軍用任務(wù)的空中間諜，你都能看到四旋翼飛行器的身影。
從1970年，法國人發(fā)明的世界第一架有人駕駛的四旋翼飛行器升上天空，到近年來逐漸成為主流的微小型多旋翼無人機飛行器，四旋飛行器的發(fā)展并不能說是一帆風(fēng)順。但隨著新材料、微機電、飛機控制等技術(shù)的不斷發(fā)展，多旋翼飛行器在實現(xiàn)微小轉(zhuǎn)化后，已經(jīng)擁有了廣闊的民用和商用前景。
目前，棲云通航公司已上市了CA-X4810四旋翼飛行器。CA-X4810是一款超長續(xù)航，融合多功能的四旋翼飛行器。機身使用超輕碳纖維材料與航空鋁合金，相較于傳統(tǒng)金屬材料，結(jié)構(gòu)性增強的同時，質(zhì)量可以減輕25%。超輕機身巨能飛！
CA-X4810四旋翼飛行器使用了自主研發(fā)的超高密度鋰電池，比常用的鋰聚合物電池提高了50%的續(xù)航性能，在-40℃的環(huán)境下，容量保留率仍能達(dá)到70%。高密度電池實現(xiàn)超長續(xù)航！
CA-X4810四旋翼飛行器還使用了自主研發(fā)的高效率超輕無刷電機，電能轉(zhuǎn)化效率高達(dá)81.9%，最大速度可達(dá)到70KM/h，最大爬上速度可達(dá)5m/s,懸停時長最高可達(dá)100分鐘。輕量化動力系統(tǒng)，實現(xiàn)超高的巡航里程！
展開 多旋翼+螺旋槳型eVTOL飛行器飛行性能簡要評估
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器實際上是電動版的復(fù)合式直升機。電動多旋翼相當(dāng)于復(fù)合式直升機的單/雙旋翼，是專門用于提供升降力的推進(jìn)器，電動螺旋槳是專門用于前向飛行的推進(jìn)器，多旋翼的支撐結(jié)構(gòu)可作為飛行短翼，在前向飛行時減輕多旋翼的升力負(fù)擔(dān)。
共軸雙槳復(fù)合式直升機
同多旋翼型 eVTOL飛行器和機翼+螺旋槳+多旋翼型eVTOL飛行器一樣，在此簡要評估一下此種類型 eVTOL 飛行器的飛行性能：
Eve Air Mobility Eve V3 網(wǎng)址：https://evtol.news/embraer/
垂直飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，可靈活設(shè)計電動旋翼的直徑尺寸、功率載荷、旋翼數(shù)量，電動螺旋槳數(shù)量以及安裝位置、結(jié)構(gòu)布局。
懸停狀態(tài)飛行：電動旋翼安裝位置距離飛行器重心遠(yuǎn)，控制力矩大；電動旋翼在水平面上多位均勻布局，量化了方位角度，控制響應(yīng)快；電動旋翼同型號的數(shù)量多，便于設(shè)計交替冗余使用。遇有強風(fēng)干擾，電動螺旋槳能夠逆風(fēng)推進(jìn)，提高飛行器的抗風(fēng)性能。
起降狀態(tài)飛行：垂直起飛時，電動螺旋槳能夠快速強力推進(jìn)飛行器，加快從懸停到前飛狀態(tài)的過渡時間，減少懸停能量消耗；降落進(jìn)近時，電動螺旋槳能反向推進(jìn)為飛行器剎車，避免機頭上揚影響駕駛員著陸操縱視線。
前向飛行性能：
多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，專門由電動螺旋槳提供前向水平推進(jìn)動力，能夠保持多旋翼槳盤平面處于水平狀態(tài)，使各個電動旋翼能夠均勻提供升力，避免了前后電動旋翼功率需求差異過大的困境。
電動旋翼支架結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行翼型設(shè)計，前向飛行時產(chǎn)生附加升力，提高飛行器的升阻比。
展開 我國超高速風(fēng)洞預(yù)計2022年建成，天地往返飛行器高超音速飛行器曝光
在央視報道中，出現(xiàn)了疑似中國新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風(fēng)洞被譽為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學(xué)城，一支幾代人傳承的科研團(tuán)隊打造出了最新一代JF-22超高速風(fēng)洞將于明年建成。
飛行器在天上飛，空氣不動，但是我們在地面上的時候，沒有辦法讓飛行器去飛，需要做一個飛行器的模型固定在這，在風(fēng)洞產(chǎn)生高速的氣流吹這個模型，模擬它在天上飛的過程，這個就是風(fēng)洞。
爆轟驅(qū)動超高速高焓激波風(fēng)洞簡稱為JF22超高速風(fēng)洞于2018年3月正式啟動，現(xiàn)在已進(jìn)入現(xiàn)場安裝階段，完成真空艙、試驗艙和噴管的安裝，并通過專家組中期檢查，將于2022年建成。
▲JF22超高速風(fēng)洞儀器安裝現(xiàn)場
就是這樣一個項目，經(jīng)歷數(shù)代研發(fā)者的不懈努力，在錢學(xué)森、郭永懷部署的戰(zhàn)略方向上一路攻關(guān)，從高溫材料、到異型構(gòu)造、再到傳感器設(shè)計，科研團(tuán)隊在無人區(qū)反復(fù)探索，終于實現(xiàn)了從理論創(chuàng)新到技術(shù)創(chuàng)新的跨越。
直到2012年，總長265米、試驗段直徑達(dá)3.5米的JF-12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞研制成功，可復(fù)現(xiàn)5到9倍聲速的飛行條件，實驗時間超過100毫秒，比其它同類型的激波風(fēng)洞提高1個量級，成為國際最大、整體性能最先進(jìn)的激波風(fēng)洞，為我國航空航天重大任務(wù)研制提供了關(guān)鍵支撐。
作為研制新一代飛行器的搖籃，JF-22超高速風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)相當(dāng)于約30倍聲速的飛行條件。JF-22最核心的技術(shù)就是通過正向爆轟驅(qū)動器為基本功能，提供平穩(wěn)的驅(qū)動氣流，風(fēng)洞的試驗?zāi)芰σ菾F-12驅(qū)動能力提高10倍。
▲JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞
中科院力學(xué)所研究員、懷柔激波風(fēng)洞項目負(fù)責(zé)人姜宗林說，JF-22風(fēng)洞的目標(biāo)是助力天地往返系統(tǒng)，若成功可以把衛(wèi)星和航天器發(fā)射費用減掉90%。
展開 撲翼飛行器國內(nèi)外研究狀況
作者：劉錦波，特立書院
背景知識
撲翼飛行器背景介紹
撲翼飛行器，是指像鳥—樣通過機翼主動運動產(chǎn)生升力和前行力的飛行器，又稱振翼機。人們的飛天夢想就是從模仿鳥類的撲翼機開始的。撲翼機以它無需跑道、機械效率高等優(yōu)點吸引了人們的注意，但由于目前對撲翼空氣動力學(xué)研究不足、材料和結(jié)構(gòu)研究較少等，發(fā)展尚不成熟。但正因為不夠成熟，出現(xiàn)了政府、民間、專業(yè)、業(yè)余呈百家爭鳴的局面。只要完成對幾大難點的破解工作，撲翼飛行器的上天便指日可待了。
撲翼飛行器早期歷史研究
人類對撲翼飛行器最早的創(chuàng)意可以追溯到古希臘工匠代達(dá)羅斯和他的兒子伊卡洛斯，而最早文字記載的撲翼飛行器出自《漢書·王莽傳》。而最早符合現(xiàn)代工程學(xué)的撲翼飛行器設(shè)計圖的出現(xiàn)則直到文藝復(fù)興時期，由意大利畫家達(dá)·芬奇模仿鳥類飛行而繪制的。1874年，法國科學(xué)家馬雷以連續(xù)拍照的方式記錄下了鳥類在撲翼時的復(fù)雜動作，以當(dāng)時的技術(shù)水平是不可能完成的。
1878年倫敦博覽會上，兩架撲翼機首次獲得展示。當(dāng)時考夫曼設(shè)計的帶有蒸汽機的撲翼機方案引起了人們的極大興趣；英國人哈爾格萊夫制成了一架帶有發(fā)動機的撲翼機實用模型；德國人李林塔爾研制的撲翼機上裝了一臺小型發(fā)動機，為人力提供輔助力量；他們的理論和實踐成為撲翼機發(fā)展史上重要的里程碑。
早期人類對撲翼機的探索可謂不遺余力，但由于空氣動力學(xué)、控制裝置的研究尚不成熟，制作撲翼機的材料也比較單一，撲翼機的研究進(jìn)展并不順利。隨著現(xiàn)代電子計算機、新型復(fù)合材料、控制技術(shù)等高科技領(lǐng)域的迅速發(fā)展，研制撲翼機也有了新的動力。
人類對撲翼飛行器最早的創(chuàng)意可以追溯到古希臘工匠代達(dá)羅斯和他的兒子伊卡洛斯，而最早文字記載的撲翼飛行器出自《漢書·王莽傳》。
展開 
雙旋翼飛行器如何在旋翼故障時避免墜毀
事實上，對于四旋翼的容錯控制中有很多針對的便是單個旋翼失效的故障，一種可行的方法便是使故障旋翼和對側(cè)旋翼同時停轉(zhuǎn)，此時剩余的兩個旋翼關(guān)于飛行器重心對稱分布，并且由于轉(zhuǎn)向相同，會使飛行器進(jìn)入繞z軸的自旋狀態(tài)，由于自旋的存在，飛行器便像陀螺一樣具有了穩(wěn)定性，此時通過對剩余正常3個旋翼轉(zhuǎn)速的控制，便可使飛行器保持自旋穩(wěn)定狀態(tài)，并實現(xiàn)對3維空間位置的完全跟蹤。相當(dāng)于放棄對偏航角的控制，而僅保持對剩余狀態(tài)的控制。對于雙旋翼而言，若其僅有的兩個旋翼之一發(fā)生故障，會直接進(jìn)入不平衡狀態(tài)，受到較大的滾轉(zhuǎn)力矩。
采用的被動容錯方法可用下圖表示，將飛行器的控制分為3個通道，根據(jù)3個狀態(tài)量的重要性分配權(quán)重，按照不同的優(yōu)先級滿足。這樣，當(dāng)飛行器發(fā)生故障，無法維持正常飛行時，飛行器便可優(yōu)先滿足拉力指向，保證合力向上平衡重力避免墜落，放棄不重要的偏航通道，使飛行器進(jìn)入自旋狀態(tài)；而當(dāng)飛行器無故障時，則對3個通道同時滿足，使飛行器正常飛行。
圖4：
被動容錯
控制算法框圖
2. 控制器設(shè)計
要對雙旋翼飛行器設(shè)計控制器，首先需要建立雙旋翼的數(shù)學(xué)模型，并對單側(cè)旋翼故障時的狀態(tài)進(jìn)行分析，尋找故障下可能存在的“穩(wěn)定狀態(tài)”以避免飛行器翻轉(zhuǎn)，即計算出自旋平衡點以及平衡點處的可控性。對于故障的處理，沒有FDI模塊，采用擾動估計的方法來處理故障信息，將故障視作作用在飛行器上的外界擾動，控制器根據(jù)飛行器的狀態(tài)反饋實時估計這種“擾動”的值，用于下一時刻的輸入求解。
飛行器的3個通道分別為拉力指向通道、高度（力大小）通道和偏航通道。其中拉力指向通道僅與飛行器的滾轉(zhuǎn)角速度p和俯仰角速度q相關(guān)，高度通道與豎直加速度az相關(guān)，偏航通道與偏航角速度r相關(guān)，因此3個通道可由關(guān)于p、q、r、az的4個方程得到。
展開 仿生撲翼飛行器的控制系統(tǒng)
飛行器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點
但由于撲翼飛行器質(zhì)量小，易受陣風(fēng)干擾而呈強烈的非線性和大幅度的非定常飛行動力學(xué)問題，常規(guī)的PID控制方法已不適用，必須根據(jù)不同的微型撲翼飛行器類型、甚至不同的特定飛行器，建立智能飛行控制方法。撲翼飛行器所設(shè)定的一些任務(wù)模式?jīng)Q定它常常需要在操縱者的視線之外飛行，也對撲翼飛行器自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)提出了相應(yīng)要求。
但鮮有研究能夠?qū)崿F(xiàn)基于仿生撲翼飛行器的自主飛行。
DelFly Explorer搭載了0.98g自主飛行單元和4.0g機載立體視覺系統(tǒng)，結(jié)合立體視覺算法，實現(xiàn)自主避障與自主飛行，但無法進(jìn)行室外飛行。
撲翼飛行器DelFly
（a）撲翼飛行器整體；(b)DelFly Explorer緩慢前進(jìn)飛行；(c)立體視覺系統(tǒng)；
(d)自主飛行單元，使用8位微控制器和MPU9050 IMU；(e)參考坐標(biāo)系。
馬里蘭大學(xué)迭代設(shè)計的Robo Raven IV搭載了ArduPilot Mega 2.5自動駕駛控制系統(tǒng)，結(jié)合GPS進(jìn)行自主巡航，但是自主飛行效果并不理想。
西北工業(yè)大學(xué)設(shè)計的信鴿撲翼飛行器飛行較為穩(wěn)定，在自主飛行實驗中實現(xiàn)了較好的效果。
北京科技大學(xué)設(shè)計的USTBird，采用兩個舵機實現(xiàn)了左右翅膀的獨立控制，并在機身搭載IMU、GPS、氣壓計等傳感器，實現(xiàn)了室外半徑10～40 m圓形范圍內(nèi)的自主巡航飛行；并迭代完成仿獵鷹撲翼飛行器的自主定高圓弧軌跡跟蹤任務(wù)。
展開 推薦閱讀 | 寬速域飛行器發(fā)展及研究現(xiàn)狀綜述
謝贊 周
燦燦 趙振濤 黃偉
（國防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院，長沙 410073）
DOI：
10.16338/j.issn.2097-0714.20220062
摘 要
水平起降、可重復(fù)使用的高超聲速寬速域飛行器具有寬速域、大空域飛行全包線的適用性，具有飛行軌跡自由、能低成本快速入軌等優(yōu)勢。對水平起降、可重復(fù)使用的高超聲速寬速域飛行器的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，主要介紹了國外寬速域飛行器項目的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀，闡述了國內(nèi)寬速域飛行器的研究情況，得出了渦波效應(yīng)-乘波構(gòu)型、機翼-乘波構(gòu)型和變形/組合構(gòu)型三大類布局是發(fā)展水平起降寬速域飛行器主要思路的結(jié)論。介紹了未來水平起降、可重復(fù)使用的高超聲速寬速域飛行器在升阻特性匹配、穩(wěn)定性、減阻降熱、推進(jìn)技術(shù)和一體化設(shè)計方面的技術(shù)研究難點，提出了寬速域飛行器的后續(xù)研究發(fā)展方向，以期對寬速域飛行器的研究有一定的參考作用。
關(guān)鍵詞
寬速域；水平起降；高超聲速；氣動布局；乘波構(gòu)型
1 引 言
隨著航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，臨近空間這一空域逐漸成為各個國家的探索新目標(biāo)［1］。為完成臨近空間乃至軌道空間的運載任務(wù)，降低起飛要求和成本，適用于臨近空間飛行的水平起降、可重復(fù)使用的高超聲速飛行器成為了21世紀(jì)航空航天領(lǐng)域的前沿研究熱點。從飛行環(huán)境和任務(wù)目標(biāo)可知，該類飛行器需要具有飛行速度從亞聲速到高超聲速范圍，飛行高度從海平面到臨近空間的寬速域、大空域飛行全包線的適應(yīng)性，這給飛行器的氣動布局設(shè)計提出了很大的挑戰(zhàn)。
乘波體憑借前緣線與激波緊密貼合的設(shè)計思想，充分利用激波與飛行器間的相互作用，從而使得飛行器在高超聲速下具有高升阻比優(yōu)勢，有效突破了升阻比屏障難題。
展開 ABAQUS四旋翼無人飛行器仿真分析
旋翼無人飛行器具有垂直起降／著陸、可懸停、機動性好及結(jié)構(gòu)簡單等多種優(yōu)點，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。
作為垂直／短距起降飛行器，多旋翼無人飛行器不受起降場地的限制，具有很強的適應(yīng)性，一直是各國軍方關(guān)注的焦點。多旋翼無人飛行器與常規(guī)的飛行器相比，具有垂直起降、著陸、懸停、縱飛和側(cè)飛等飛行特性。隨著近年來微電子、微機械、計算機技術(shù)及電池等技術(shù)的飛速發(fā)展，小型四旋翼無人機的體積、重量、靈活性和機動性等多個方面有了長足的進(jìn)步。根據(jù)動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據(jù)飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產(chǎn)品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應(yīng)用領(lǐng)域為航拍，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機動性能強及效能費用比高等顯著的特點，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。四旋翼無人飛行器在結(jié)構(gòu)上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)各種姿態(tài)控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內(nèi)外很多專家和學(xué)者的關(guān)注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件ABAQUS建立了對應(yīng)的力學(xué)仿真模型。應(yīng)用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風(fēng)載荷及降落沖擊等工況下的結(jié)構(gòu)強度和剛度響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了對應(yīng)的安全裕度數(shù)據(jù)，為該無人機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。
系留型四旋翼飛行器系統(tǒng)是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結(jié)構(gòu)包含中心架（設(shè)備艙）、支撐臂、起落架及其他系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)等。
圖１ 系留型四旋翼無人飛行器結(jié)構(gòu)示意圖
在Ａｂａｑｕｓ軟件中建立的有限元模型如圖２所示。
展開 可懸停撲翼飛行器研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)
，提高了人們研究飛行器的興趣。
四旋翼無人飛行器仿真分析
四旋翼無人飛行器仿真分析
旋翼無人飛行器具有垂直起降／著陸、可懸停、機動性好及結(jié)構(gòu)簡單等多種優(yōu)點，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。
作為垂直／短距起降飛行器，多旋翼無人飛行器不受起降場地的限制，具有很強的適應(yīng)性，一直是各國軍方關(guān)注的焦點。多旋翼無人飛行器與常規(guī)的飛行器相比，具有垂直起降、著陸、懸停、縱飛和側(cè)飛等飛行特性。隨著近年來微電子、微機械、計算機技術(shù)及電池等技術(shù)的飛速發(fā)展，小型四旋翼無人機的體積、重量、靈活性和機動性等多個方面有了長足的進(jìn)步。根據(jù)動力配置形式的不同，旋翼無人飛行器一般有四旋翼、六旋翼和八旋翼等。根據(jù)飛行器的飛行方式，一般分為自由型及系留型。目前的產(chǎn)品主要集中在自由型多旋翼，其載重量較小，主要面向航模愛好者，應(yīng)用領(lǐng)域為航拍，單塊電池僅能支持飛行器滯空１５ｍｉｎ左右。而系留型多旋翼飛行器具有覆蓋面積大、留空時間長、機動性能強及效能費用比高等顯著的特點，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都有非常廣泛的應(yīng)用價值。四旋翼無人飛行器在結(jié)構(gòu)上更為簡潔：四只旋翼相互抵消扭矩，不需要專門的反扭矩槳；具有更簡潔的控制方式，僅通過改變四只旋翼的轉(zhuǎn)速即可實現(xiàn)各種姿態(tài)控制。因此，系留型四旋翼無人飛行器備受國內(nèi)外很多專家和學(xué)者的關(guān)注和研究。
本文以系留型四旋翼無人飛行器為研究對象，采用通用大型有限元分析軟件Ａｂａｑｕｓ建立了對應(yīng)的力學(xué)仿真模型。應(yīng)用該仿真模型對該旋翼無人飛行器在旋翼升力、風(fēng)載荷及降落沖擊等工況下的結(jié)構(gòu)強度和剛度響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析，得到了對應(yīng)的安全裕度數(shù)據(jù)，為該無人機的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。
系留型四旋翼飛行器系統(tǒng)是一種有４個螺旋槳且螺旋槳呈十字交叉形式的飛行器，如圖１所示。整個飛行平臺結(jié)構(gòu)包含中心架（設(shè)備艙）、支撐臂、起落架及其他系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)等。
展開 行業(yè)應(yīng)用方案 | 飛行器外氣動
Ansys 行業(yè)應(yīng)用方案連載（19） | 飛行器外氣動
當(dāng)今航空航天技術(shù)發(fā)展迅猛，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的光電技術(shù)、生物技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、納米技術(shù)和計算機、新材料、新能源、傳感器技術(shù)等一系列相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得航天飛行器的發(fā)展也進(jìn)入了一個前所未有的巨變期。
飛行器將出現(xiàn)高速化、隱身化、無人化、精確化、信息化的趨勢。展望未來，下一代飛行器設(shè)計與目前流行的管狀和機翼結(jié)構(gòu)有根本的不同，預(yù)計未來幾十年內(nèi)會研制出一系列全新的飛行器，如高超音速攻擊機、無人攻擊機、無人作戰(zhàn)飛機、微型、超微型偵察機、智能結(jié)構(gòu)飛機、超音速巡航導(dǎo)彈、空天飛機、軌道攻擊武器、全面攻擊武器系統(tǒng)等。這些飛行器是隱身技術(shù)、高超聲速技術(shù)、無人機技術(shù)、動能技術(shù)、航天技術(shù)及激光技術(shù)的綜合應(yīng)用，他們將代表一個新型飛行武器時代的來臨。
同時，未來飛行器的發(fā)展對空氣動力學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而飛行器外氣動及相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展又將對未來飛行器性能的提高帶來巨大的影響，有些可能是革命性的影響。計算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)的進(jìn)展可使飛行器的設(shè)計、優(yōu)化很容易在計算機上完成，不僅可大大節(jié)省研制費用，縮短研制周期，還可方便地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以獲得飛行器的最佳性能。可以預(yù)見，空氣動力學(xué)科發(fā)展和CFD的相互作用，將推動人類飛行器不斷向前發(fā)展。
展開 
吸氣式高超聲速飛行器設(shè)計中的一些概念研究
當(dāng)然，到目前為止，超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展并不是很成熟，尚處于試驗階段，而且它有一定的使用范圍，不同的飛行速度下需要采用不同形式的吸氣式發(fā)動機。鑒于現(xiàn)今高超聲速飛行器所能提供的推力凈增益并不樂觀。為了保證飛行器具有足夠的推力以及持續(xù)的續(xù)航能力，這就需要從推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計角度對推進(jìn)系統(tǒng)的各個部件進(jìn)行精心
吸氣式高超聲速飛行器設(shè)計中的一些概念研究；的設(shè)計和匹配；研究成功與否的關(guān)鍵，并且隨著飛行器工作馬赫數(shù)越高；為此，本文將對飛行器與推進(jìn)系統(tǒng)一體化問題進(jìn)行研究；然而只對推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是不夠的，同時還需要飛行器與推進(jìn)系統(tǒng)從根本上實現(xiàn)一體化，對高超聲速飛行器進(jìn)行飛行器機體/推進(jìn)系統(tǒng)的一體化（Propulsion Airframe Integration, PAI）設(shè)計。所謂一體化設(shè)計技術(shù)是指通過飛行器和推進(jìn)系統(tǒng)的相互作用，獲得盡可能高的氣動性能、推進(jìn)性能、穩(wěn)定性和控制特性[15]。一體化設(shè)計的主要優(yōu)點在于它充分利用了機體和推進(jìn)系統(tǒng)之間的相互作用，其前體作為進(jìn)氣道的預(yù)壓縮面有效的降低了發(fā)動機的尺寸和重量，后體作為推進(jìn)系統(tǒng)的噴管外膨脹段極大減小了發(fā)動機的迎風(fēng)面積，降低了阻力，同時機體與推進(jìn)系統(tǒng)共用壁面，減少了飛行器的濕潤面積，有利于飛行器熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計。一體化技術(shù)的實現(xiàn)直接決定了整個高超聲速飛行器穩(wěn)定、安全以及高效的飛行特性，因而飛行器機體/推進(jìn)系統(tǒng)一體化設(shè)計是高超聲速飛行器
研究成功與否的關(guān)鍵，并且隨著飛行器工作馬赫數(shù)越高、范圍越寬，這個問題越突出[15]。
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當(dāng)今航空航天技術(shù)發(fā)展迅猛，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的光電技術(shù)、生物技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、納米技術(shù)和計算機、新材料、新能源、傳感器技術(shù)等一系列相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得航天飛行器的發(fā)展也進(jìn)入了一個前所未有的巨變期。
飛行器將出現(xiàn)高速化、隱身化、無人化、精確化、信息化的趨勢。展望未來，下一代飛行器設(shè)計與目前流行的管狀和機翼結(jié)構(gòu)有根本的不同，預(yù)計未來幾十年內(nèi)會研制出一系列全新的飛行器，如高超音速攻擊機、無人攻擊機、無人作戰(zhàn)飛機、微型、超微型偵察機、智能結(jié)構(gòu)飛機、超音速巡航導(dǎo)彈、空天飛機、軌道攻擊武器、全面攻擊武器系統(tǒng)等。這些飛行器是隱身技術(shù)、高超聲速技術(shù)、無人機技術(shù)、動能技術(shù)、航天技術(shù)及激光技術(shù)的綜合應(yīng)用，他們將代表一個新型飛行武器時代的來臨。
同時，未來飛行器的發(fā)展對空氣動力學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而飛行器外氣動及相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展又將對未來飛行器性能的提高帶來巨大的影響，有些可能是革命性的影響。計算流體動力學(xué)（CFD）技術(shù)的進(jìn)展可使飛行器的設(shè)計、優(yōu)化很容易在計算機上完成，不僅可大大節(jié)省研制費用，縮短研制周期，還可方便地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以獲得飛行器的最佳性能。可以預(yù)見，空氣動力學(xué)科發(fā)展和CFD的相互作用，將推動人類飛行器不斷向前發(fā)展。
Ansys解決方案
Ansys飛行器外氣動解決方案旨在幫助企業(yè)總體氣動設(shè)計工程師在統(tǒng)一的仿真平臺上充分評估飛行器總體氣動的各項性能指標(biāo)，充分優(yōu)化飛行器氣動外形設(shè)計、氣動熱分析、氣動噪音評估、彈箭發(fā)射及彈道軌跡等。
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