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多用途无人机模块化布局气动设计

航空学报 2022年第7期43卷 103-118页

作者：李春鹏张铁军钱战森刘铁中航空工业空气动力研究院高速高雷诺数气动力航空科技重点实验室沈阳110034

针对执行侦察和攻击任务的多用途无人机(UAV)开展了模块化布局气动设计研究,结合内部布置特点将主要部件分为共用、专用和通用3类模块,完成了前机身、机翼和尾翼的多种模块方案设计分析,并从气动角度筛选了最佳的专用和通用模块划分方案... 详细信息

针对执行侦察和攻击任务的多用途无人机(UAV)开展了模块化布局气动设计研究,结合内部布置特点将主要部件分为共用、专用和通用3类模块,完成了前机身、机翼和尾翼的多种模块方案设计分析,并从气动角度筛选了最佳的专用和通用模块划分方案,利用基于代理模型的多目标优化平台,从布局和部件两个层面搭建了模块耦合优化设计流程,以现有典型无人机布局为参照,完成了多用途无人机模块化布局优化设计以及气动特性的对比评估。研究表明,作为专用模块的攻击构型前机身优选保证容积要求的短机身方案,作为通用模块的机翼优选侦察构型为前缘拐折平直翼、攻击构型为后掠梯形翼的模块划分方案,作为通用模块的尾翼优选变外形、变倾角的模块划分方案。针对通用模块的模块耦合优化设计能够有效提高侦察构型和攻击构型的升阻比,实现多用途无人机综合气动性能最优。

关键词：无人机多用途模块化气动布局耦合优化

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通用飞机富勒襟翼多目标优化

空气动力学学报 2017年第4期35卷 572-578页

作者：魏闯张铁军刘铁中中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数重点实验室辽宁沈阳110034 中国航空工业空气动力研究院低速高雷诺数重点实验室黑龙江哈尔滨150001

针对通用飞机高效增升装置设计的需求,提出了同时优化富勒襟翼缝道宽度、搭接量、襟翼偏角和襟翼外形的多目标优化设计方法。建立了基于椭圆方程的富勒襟翼参数化方法和RBF网格变形方法,优化算法采用快速非支配排序遗传算法(NSGAⅡ),以... 详细信息

针对通用飞机高效增升装置设计的需求,提出了同时优化富勒襟翼缝道宽度、搭接量、襟翼偏角和襟翼外形的多目标优化设计方法。建立了基于椭圆方程的富勒襟翼参数化方法和RBF网格变形方法,优化算法采用快速非支配排序遗传算法(NSGAⅡ),以求解雷诺平均N-S方程为气动评估方法并采用集群分布并行计算以缩短优化时间。以GA(W)-1为基准翼型,以增加线性段(6°)和接近失速迎角(13°)升力系数为目标进行富勒襟翼优化,16计算节点下耗时约8h,获得最终Pareto前沿面,并对优化变量进行了相关性分析,相比初始构型,Pareto前沿面构型最大使迎角6°和13°升力系数增加7.03%和3.42%,说明该优化方法快速有效的。

关键词：富勒襟翼多目标优化 NSGAⅡ N—S方程 Pareto前沿面

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“中部崛起”对湖南省博士研究生培养的挑战

“中部崛起”对湖南省博士研究生培养的挑战

作者：刘铁中湖南师范大学

学位级别：硕士

“中部崛起”是国家区域经济社会协调发展的重大任务,具有鲜明的“内生性”。“内生性”的崛起呼唤壮大创新群体。在“中部崛起”的大背景下,湖南要实现“富民强省”的战略目标,只有走自主创新之路。博士研究生教育是正规教育体系的最... 详细信息

“中部崛起”是国家区域经济社会协调发展的重大任务,具有鲜明的“内生性”。“内生性”的崛起呼唤壮大创新群体。在“中部崛起”的大背景下,湖南要实现“富民强省”的战略目标,只有走自主创新之路。博士研究生教育是正规教育体系的最高层次,是培养高层次创造性人才的重要源泉,理应大有作为。本文通过文献研究、比较研究、调查研究等多种研究方法对主题进行了全面的分析与阐述,旨在科学把握区域经济社会发展与湖南省博士研究生教育的内在关联,提升湖南省博士研究生教育在湖南经济社会发展中的贡献度,实现湖南省博士研究生培养与区域经济社会发展的良性互动。首先,我们对湖南省博士研究生教育的现状进行了描述与分析,包括湖南省博士研究生教育的规模、结构与质量等。在此基础上,本文着重分析了“中部崛起”对湖南省博士研究生培养的要求。第一,“中部崛起”要求扩大湖南省博士研究生教育规模。无论是传统的学术性劳动力市场还是非学术性劳动力市场,对博士等高层次人才都有较大的需求。要满足这种需求,一方面可以适当地引进,但主要应依靠湖南的教育体系培养。第二,“中部崛起”要求优化湖南省博士研究生教育结构,要求积极拓展专业博士学位领域,大力发展人文社会科学博士教育等。第三,“中部崛起”要求提升湖南省博士研究生教育创新力。要实现“富民强省”,建设“创新型湖南”,就要大力提升湖南省博士研究生教育的创新力,进而提升区域的自主创新能力。应对“中部崛起”的挑战,湖南的博士研究生教育应该积极进行策略创新。第一,增加教育科技财政投入、营造一流教学科研环境。要多方筹措博士生培养经费,加大基础研究经费投入。第二深化培养模式改革,突出创新能力培养。要努力提高博士生生源质量,注重博士生研究能力的养成,建立科学的博士生科研考核机制,把好学位授予质量关。第三,走出“象牙塔”,推动产学研融合。要大力加强大学科技园的建设,并引入风险投资机制。第四,改革导师遴选制度,提升导师队伍的专业化水平。通过多种措施,建立一支专兼结合、整体素质较高、创新力强的导师队伍。同时要建立对博士生指导教师履职情况的动态评价机制,加强经验交流,促进博士生导师的专业发展,不断提升博士生导师的育人水平。第五,大力加强对外交流,打造国际化人才培养平台。要积极探索博士生教育对外交流的途径与形式,加大博士生教育的对外开放力度,努力培养“国际视野、中国气派、湖湘特色”的创新型人才。通过积极进行策略创新与全体师生的共同努力,以培养更多更好的创新型人才,实现湖南的博士生教育与区域经济社会发展的良性互动。

关键词：中部崛起湖南博士研究生培养创新

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无尾布局后体超声速航向增稳设计方法

航空学报 2020年第6期41卷 215-226页

作者：李春鹏刘铁中钱战森张铁军中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数气动力航空科技重点实验室沈阳110034

针对无尾布局超声速航向静稳定性不足的问题,提出一种基于超声速压缩/膨胀流动的后体超声速航向气动增稳设计方法。首先通过无尾布局扁平后体和常规后体方案航向静稳定性和表面流场差异的对比,明确了后体超声速航向增稳设计思路。然后... 详细信息

针对无尾布局超声速航向静稳定性不足的问题,提出一种基于超声速压缩/膨胀流动的后体超声速航向气动增稳设计方法。首先通过无尾布局扁平后体和常规后体方案航向静稳定性和表面流场差异的对比,明确了后体超声速航向增稳设计思路。然后基于后体参数化外形分析了后体型面对于布局超声速航向静稳定性的影响规律。最后通过评估典型后体方案的综合气动特性验证了后体超声速航向增稳设计方法的可行性。研究表明:重心后侧向投影面积增量、后体脊线以及后体截面曲线是影响后体型面超声速航向增稳能力的3个主要参数。与常规后体型面相比,通过超声速航向增稳设计获得的后体型面能够在布局阻力变化不大的情况下,显著改善无尾布局在跨声速和超声速状态的航向静不稳定性。

关键词：无尾布局后体超声速航向静稳定性气动增稳

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双后掠鸭翼气动特性的数值模拟

航空学报 2014年第2期35卷 427-435页

作者：李春鹏刘铁中蒋增龑秦加成中国航空工业空气动力研究院低速高雷诺数重点实验室黑龙江哈尔滨150001 中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数重点实验室辽宁沈阳110034

首先针对具有中等前缘后掠角梯形鸭翼的缺点提出双后掠鸭翼概念,然后分别对安装梯形鸭翼和双后掠鸭翼的近距耦合鸭式布局的气动性能进行数值模拟研究,分析影响双后掠鸭翼气动性能的流动机理。研究表明:在大迎角时,对于双后掠鸭翼,具有... 详细信息

首先针对具有中等前缘后掠角梯形鸭翼的缺点提出双后掠鸭翼概念,然后分别对安装梯形鸭翼和双后掠鸭翼的近距耦合鸭式布局的气动性能进行数值模拟研究,分析影响双后掠鸭翼气动性能的流动机理。研究表明:在大迎角时,对于双后掠鸭翼,具有较大前缘后掠角的外翼段可以使鸭翼涡在涡核破裂后仍能形成稳定集中涡并保持较高的强度,增加鸭翼本身的失速迎角,并通过诱导作用改善机翼外翼段流场,进而提高全机大迎角性能,但在小迎角时会破坏鸭翼附着流或前缘气泡涡的发展,造成略微的升力损失。拥有较大失速迎角的双后掠鸭翼在小迎角时具有较大的可用偏度,可以增强布局的抬头控制能力。双后掠鸭翼在满足隐身约束的前提下,超声速阻力较小,具有较好的超声速性能。

关键词：鸭式布局双后掠鸭翼大迎角可用偏度超声速阻力数值模拟

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双三角机翼前缘涡襟翼的试验研究

实验流体力学 2011年第3期25卷 6-9页

作者：刘铁中王晋军何宏伟潘枞北京航空航天大学北京100083 中国航空工业空气动力研究院哈尔滨150001

通过风洞试验对双三角翼的内涡襟翼及外涡襟翼进行了研究。探讨了影响涡襟翼效率的各种因素及其规律,其中包括机翼前缘区状态、涡襟翼形状、涡襟翼偏度、内、外涡襟翼的搭配以及后缘襟翼效率等。尤其是根据内外翼涡场的不同研究了复合... 详细信息

通过风洞试验对双三角翼的内涡襟翼及外涡襟翼进行了研究。探讨了影响涡襟翼效率的各种因素及其规律,其中包括机翼前缘区状态、涡襟翼形状、涡襟翼偏度、内、外涡襟翼的搭配以及后缘襟翼效率等。尤其是根据内外翼涡场的不同研究了复合平面形状机翼内涡襟翼与外涡襟翼设计上的特点,为设计双三角翼的涡襟翼提供了参考数据。研究结果表明,正确设计前缘涡襟翼与后缘襟翼可以优化大后掠双三角机翼的低速性能。

关键词：风洞试验涡襟翼复合平面形状机翼前缘吸力恢复升阻比

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提高变体飞机风洞测力试验精度的方法研究

实验流体力学 2016年第1期30卷 102-106页

作者：蒋增龑刘铁中何宏伟中国航空工业空气动力研究院哈尔滨150001

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。本文对纯机械驱动的变体飞机模型的风洞试验精度的主要影响因素进行了分析... 详细信息

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。本文对纯机械驱动的变体飞机模型的风洞试验精度的主要影响因素进行了分析,从试验方案、数据采集触发方式和数据处理方法等进行了改进。验证试验表明,试验精度大幅提高,升力系数重复性最大误差约为0.00538,阻力系数重复性最大误差约为0.00098,俯仰力矩系数重复性最大误差约为0.00113,动态试验精度达到常规试验水平。

关键词：变体飞机风洞试验数据处理动态测力

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飞翼布局纵向气动特性的等离子体激励控制

高电压技术 2018年第9期44卷 3049-3057页

作者：龙玥霄刘国政孟宣市李华星刘铁中西北工业大学航空学院西安710072 中国航空工业空气动力研究院哈尔滨150001

为提升飞翼布局飞行器的升/阻力、俯仰力矩和失速特性,利用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体激励对飞翼模型进行控制实验研究,分析激励对全机绕流的控制机理,讨论最佳激励位置。实验在直径1.5 m的低速风洞中进行,风速30 m/s,迎角范围0°～3... 详细信息

为提升飞翼布局飞行器的升/阻力、俯仰力矩和失速特性,利用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体激励对飞翼模型进行控制实验研究,分析激励对全机绕流的控制机理,讨论最佳激励位置。实验在直径1.5 m的低速风洞中进行,风速30 m/s,迎角范围0°～30°。实验结果发现：纳秒脉冲等离子体激励输出纳秒级的脉冲波形,能耗低,其诱导速度几乎为零,快速的瞬时温升产生平面–半球形组合压缩波,该压缩波在20μs内以超音速传播,随后迅速降低至亚音速水平,最终表现为弱的速度扰动;来流速度v∞=30 m/s下,应用纳秒脉冲激励控制飞翼前缘流动分离,全机最大升力系数提高7.5%,失速迎角推迟3°,俯仰力矩系数平均降低11.6%;小迎角下,前缘分离从机翼外侧翼尖部位开始,位于前缘外侧的激励器控制效果明显,随着迎角逐渐增大,分离点位置向机翼上游内侧移动,位于前缘内侧的激励器控制效果明显。实验研究表明纳秒脉冲等离子体激励可有效控制机翼前缘流动分离,提升飞翼布局的全机纵向气动特性及其失速特性。

关键词：飞翼布局纳秒脉冲等离子体激励纵向气动特性失速特性

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多用途无人机模块化布局气动设计研究

航空学报 2021年

作者：李春鹏张铁军钱战森刘铁中中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数气动力航空科技重点实验室

针对执行侦察和攻击任务的多用途无人机开展了模块化布局气动设计研究，结合内部布置特点将主要部件分为共用、专用和通用三类模块，完成了前机身、机翼和尾翼的多种模块方案设计分析，并从气动角度筛选了最佳的专用和通用模块划分方案... 详细信息

针对执行侦察和攻击任务的多用途无人机开展了模块化布局气动设计研究，结合内部布置特点将主要部件分为共用、专用和通用三类模块，完成了前机身、机翼和尾翼的多种模块方案设计分析，并从气动角度筛选了最佳的专用和通用模块划分方案，利用基于代理模型的多目标优化平台，从布局和部件两个层面搭建了模块耦合优化设计流程，以现有典型无人机布局为参照，完成了多用途无人机模块化布局优化设计以及气动特性的对比评估。研究表明，作为专用模块的攻击构型前机身优选保证容积要求的短机身方案，作为通用模块的机翼优选侦察构型为前缘拐折平直翼、攻击构型为后掠梯形翼的模块划分方案，作为通用模块的尾翼优选变外形、变倾角的模块划分方案。针对通用模块的模块耦合优化设计能够有效提高侦察构型和攻击构型的升阻比，实现多用途无人机综合气动性能最优。

关键词：无人机多用途模块化气动布局耦合优化