66、航空领域的两大研究：机翼穿孔损伤应对与执行器刚度优化

航空领域的两大研究：机翼穿孔损伤应对与执行器刚度优化

1. 机翼穿孔损伤的模拟与分析

1.1 模拟设置

在研究机翼穿孔损伤对飞机气动特性的影响时，需要进行一系列的模拟设置。首先，以攻角作为第一个变量，机翼损伤位置到翼根的半长百分比作为第二个变量。攻角的计算范围是从 0°到最大升力攻角，损伤位置有 8 种不同情况。飞行速度参考小型模型飞机，设定为 10 m/s。
在进行 CFD 模拟计算时，计算域的边界包括进出口、压力出口、整机气动外形和固定壁面。计算域沿机翼展向边界的长度是机翼展长的 5 倍，上下边界的最大厚度是整个飞机最大高度的 10 倍，前后边界沿飞机轴线的长度是机翼平均气动弦长的 20 倍。计算中使用的边界条件为：进口为速度进口（velocity_inlet），压力出口为压力出口（pressure_outlet），进口流速设定为 10 m/s，压力出口参考压力设定为标准大气压，即表压为零。采用 SIMPLE 解法反复求解计算结果。

1.2 机翼升力和阻力的变化

通过对 8 种不同损伤模型的计算，得到了飞机在攻角变化时的升力变化情况。当机翼发生穿孔损伤时，升力会明显降低，但最大升力攻角和趋势变化不大。同时，机翼损伤后，升力变化的同时阻力也会发生变化。阻力的变化不仅体现在大小的增加上，还体现在阻力随攻角变化的趋势上。升力和阻力的变化是相反的，机翼穿孔改变了机翼周围的原始流场，导致机翼升力系数 CL 降低，升力下降；同时，机翼阻力系数 CD 增加，阻力增大。

1.3 飞机滚转力矩的变化

当机翼的升力和阻力因损伤而变化时，飞机的滚转力矩也会发生变化。随着攻角的变化，机翼滚转力矩呈现先上升后下降的趋势。