刘云峰:翱翔在科研的天空

<正>飞翔,鸟类最美的姿态。飞行,千百来年人类最深切的渴望。自1903年莱特兄弟发明人类历史上第一架飞机以来,人类执着于追求飞得更高更快更远,高超声速飞行器也因此应运而生。这种飞行速度超过5倍音速的飞行器在满足国家重大战略需求的同时也面临着技术突破这一难题,而难题的关键在于地面试验装备能力的提升。中国科学院力学研究所针对这一问题迎难而上,于2012年建成了世界最大的激波风洞——JF12风洞,该团队发展     

大型风洞气动弹性试验模型/支撑制造、感知与控制的科学问题

飞行器气动弹性风洞试验模型与支撑机构的一体化设计制造、风洞试验模型与支撑机构的气动弹性响应与复杂实验环境的精确感知以及风洞试验模型与支撑结构的高品质精准控制,是大型低温高雷诺数风洞、大型连续式跨声速风洞、大型低速风洞、大尺度高温高超声速风洞的共性关键技术,对于充分发挥风洞作用,有效服务未来新型飞行器研制具有极其重要的意义。涉及到复杂产品的材料结构功能一体化设计与制造、复杂刚柔混合体的非线性动力学、高动态多维物理信息的感知与分析以及空气动力学与飞行力学耦合控制等问题,是未来大型风洞试验亟待优先解决的若干关键共性技术之一。在大型风洞建造的同时,只有通过研究大型风洞气动弹性试验模型/支撑的制造、感知与控制的若干基础科学问题,解决若干大型风洞试验所需的共性关键技术,方能使大型风洞充分发挥其应有的科学与工程价值。     

助力高超飞行多手段融合解决高超声速边界层转捩难题

当前,世界航空航天大国都在大力发展高超声速飞行器,但在发展过程中均经历了多次失败和挫折,如HTV-2、X-51等计划及项目数次飞行试验失败,均与高超声速边界层转捩等气动问题的认知与理解不足密切相关.我国在高超声速飞行器的研制方面已取得了举世瞩目的成就,但对高超声速边界层转捩的机理认识尚不透彻,直接造成高超声速气动力或热...     

滑翔可达域外边界快速预测

<正>高空高超声速是下一代飞行器发展的重要方向,高空高超声速飞行器具备更快的响应速度、更强的突防能力因而生存能力更强,能够执行侦查、攻击和损伤评估等任务,成为航空大国重要的角逐方向,如图1所示的美国高空高超声速飞机SR-72。相较传统高超声速飞行器未来应用场景更加复杂灵活,因此智能化成为必然趋势。可达域是指飞行器在初始状态、过载、热流、控制量、末端状态等约束限制下能够到达的区域,可达域的计算是进行高超声速飞行器任务规划、高超声速武器防御必须具备的能力,因此实现可达边界的自主在线快速预测是实现飞行器智能化的重要一环,具有工程应用价值。     

基于频率自动跟踪技术的某型飞行器舵结构热模态试验研究

高超声速飞行器在热影响下的动力学问题已经成为影响其动特性的重要问题。严酷的热环境会使结构的模态发生变化,因此测试结构的热模态显得尤为重要。目前热模态测试主要有两种方法,即AR模型经典谱估计方法和AR模型现代谱估计方法。本文提出了基于相位共振法的时变模态测试技术,开展了某型高超声速飞行器舵面的热模态试验,给出了结构在热作用下的模态变化规律。     

未来战场的“倚天剑”:高超声速飞行器

<正>自古以来,人类始终有一个梦想:可以像小鸟一样在天空自由翱翔,甚至是飞向遥远的太空。近年来,随着高超声速飞行器的快速发展,人类向自由来往太空的梦想又迈进了一大步。在美国公布的2017财年预算中,高超声速武器投入大幅增长,目的是实现在一小时内打击地球上的任何目标。俄罗斯更是早在2016年3月便透露,"锆石"高超声速巡航导弹成功完成了一次试射,并计划于2020年完成研制工作。     

大型风洞全场智能感知的研究进展

先进大型风洞是支撑飞行器设计验证的战略性设施,由于先进飞行器的复杂气动外形、非标准化结构,给其全场分布式参数测量带来了巨大挑战,包括模型表面应力场、应变场、温度场、气流分布,以及模型周围流场空气动力学结构和速度场信息,而且还需要解决测量数据的正确性验证问题。本文讨论了柔性传感器测量技术和非接触光学的流场测量技术,利用大面积、柔性传感器获取飞行器表面的物理场分布,PIV技术获得飞行器周围流场结构或信息,实时、定量显示飞行器全场物理场信息,并与计算模拟或飞行数据库进行相互融合与支撑,实现飞行器气动特性在线感知。全场测量技术将全面提升风洞试验的数据采集能力,突破传统测量系统难以实现全场感知的局限,并实现风洞试验的定量测量与大规模数据的处理与分析,为大型风洞智能运行奠定基础。     

大型风洞部段自动柔顺对接技术研究进展

大型风洞是高速飞行器研制与试验过程中重要的地面模拟实验设备,其试验段与挠性喷管段的自动对接技术是风洞建设和使用中的关键技术。本文分析了国内外在大尺寸部件自动对接领域的研究现状,针对风洞试验段自动对接过程提出了超大尺寸对接部段相对位姿自动检测技术,超高负载试验段位姿高精度调整技术和试验部段柔顺对接技术3个关键技术,分别介绍了3个关键技术目前的研究进展,并对未来的研究问题进行了展望。     

大型风洞设计建设中的结构力学问题

在我国大飞机、高速飞行器等研制需求背景下,急需设计建造大型低温高雷诺数连续式跨声速风洞。风洞结构形式复杂,运行工况多变,所涉及的与结构力学相关的科学问题十分突出。本文在国家自然科学基金委员会第185期"双清论坛"研讨成果的基础上,阐述了与大型风洞结构相关的多物理场耦合作用、气动弹性实验模型结构设计、流固耦合诱发结构振动、结构优化设计方法和特种装备动力学方面的进展和成就,凝练了风洞设计建设中的结构力学关键科学问题。     

全球高超声速技术发展态势分析

高超声速技术是未来航空航天领域的制高点,具有重要的战略性和前瞻性意义。文章采用文献计量/综述、国内外官方机构/权威网站调研等方法对全球高超声速技术发展态势进行分析。研究发现,针对高超声速技术的研究主要集中在军事领域,其中动力推进技术、制导与控制技术、新型材料和热防护技术等是该领域的研究重点方向。通过梳理各国研发态势发现,未来涉及高超声速武器研发的相关核心技术仍是研究的重点,同时各国正加快优先布局高超声速防御系统,加强与合作国在技术研发、联合防空和导弹防御等方面的合作,以提升地区防御力和威慑力。     

大型风洞设计建设中的关键科学问题

先进大型风洞是支撑飞行器自主研发,引领空气动力学及其相关学科创新发展的战略性基础设施。围绕大型风洞设计建设中的关键科学问题,本文在国家自然科学基金委员会主题为"大型风洞设计建设中的关键科学问题"的第185期双清论坛研讨成果的基础上,针对我国即将设计建造的四座大型风洞的重大需求,分析了设计建设所涉及的材料、结构、制造和试验测量等方面面临的基础科学难题和技术挑战,凝炼了面向大型风洞设计建造和试验测量重大需求未来3—5年的重大关键科学问题。     

某型高超声速飞行器SIC壁板动特性研究

高超声速飞行器在飞行的过程中,会受到严酷的气动加热作用。高温会使结构模态的频率,振型,阻尼发生严重的变化,甚至有些模态在热试验之后出现消失的现象。本文测试了某SIC材料的飞行器壁板经过五次加热后的模态,给出了模态测试结果,并对结果做了分析。本文的研究为继续探索高温对材料力学性能的影响具有重要意义。     

姜宗林、俞鸿儒：高焓流动实验模拟技术取得重要进展

中国科学院力学所姜宗林研究员和俞鸿儒院士根据多年的研究经验，提出了利用爆轰波反射产生适当强度的上行激波抑制入射激波衰减的新方法。该方法经理论计算确认，并通过实验得到验证。他们的研究成果已发表在著名的国际学术杂志AIAA Joumal(Vo1.40，N0．10．2002)，并受到了国际同行的重视。姜宗林研究员和俞鸿儒院士最近成功地把这一新方法推广应用到JF10主力激波风洞上，     

“驱动”精英

2003年12月24日,由中科院电工所承担的中科院创新方向性项目“电动汽车驱动单元的研究开发”,及北京市科委计划项目“电动汽车交流驱动系统研制”顺利通过专家验收。该项技术达到国内领先、二十世纪末国际先进水平。     

中国航天业的未来

我国载人航天工程是经过“863”的论证，于1992年由中央批准正式立项。立项时中央明确了中国载人航天“三步走”的发展战略：第一步突破载人航天基本技术，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用试验；第二步突破交会对接技术，建立空间实验室，解决一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步建造空间站。“神舟六号”是载人航天第二步的揭幕之战。目前出舱活动、交会对接和空间实验室关键技术攻关已经接近尾声，正全面进入工程研制阶段。在未来若干年，我们将陆续发射具备出舱活动能力的载人飞船，进行出舱活动飞行试验；发射目标飞行器，作为交会对接目标，并进行空间站技术试验和空间应用实验；     

空陆两用“直升汽车”

广东阳江一名叫林康的工程师设计出一种空陆交通用“直升飞行汽车”,于2003年8月上旬获国家发明专利。 该项技术设计全称为“空陆两用旋风陀螺直升机车”,它突破了飞行器空间平衡和垂直升降的传统技术,对今后新型飞行器技术发展具有深远的意义。当地有关人士透露,该项设计发明从开始研究到专利报审、初审、检索、实质审查、技术答辩,前后用了近7年时间,曾获国家发明专     

西工大英才谱

蔡小斌1978年毕业于西北工业大学计算机科学与工程系,现为西工大计算机科学与工程系教授、计算机测控技术研究室主任、校学术委员会委员.先后被航空航天工业部授予“先进科技工作者、“优秀青年教师”和陕西省“八五”立功劳动竞赛标兵称号,1993年起享受政府特殊津贴.近10年来,他先后参加了5种新型飞机和变后掠技术研究的综合测控系统的研制工作,取得出色的研究成果.蔡小斌主持“变后掠飞机协调加载计算机分布式控制系统的研制与试验”,创造性地解决了该大型复杂控制系统的动态协调控制问题,在国内首次突破了随飞行高度和马赫数变后掠机翼的关键控制技术.为此,该项目获国家科技进步二等奖和航空航天部科技进步一等奖.他主持变后掠驱动机构试验台计算机智能协调控制系统的研究项目,获航空航天部科技二等奖.他主持了两种飞机试飞数据处理系统(GDS)的研制工作,完成两机鉴定试飞任务并获航空航天部科技进步三等奖.1993年他主持完成了某型飞机变几何形状进气道调节系统的试验项目,保证了该机首飞成功.目前,蔡小斌正主持两项“铁鸟试验台”加载控制系统的研制工作,并担任这两个项目的校内联合攻关技术总设计师.     

圆管绕流气动加热耦合计算研究

气动加热问题一直制约着高超声速飞行器的发展,准确预测高速飞行器的热环境成为亟需解决的问题。依据飞行环境的复杂性,提出多场耦合分析策略,以圆管绕流问题为研究对象,建立了一套完整的的气动加热数值求解方法。通过对圆管模型流场、温度场、结构场的耦合计算,验证其计算方法的可靠性并对其物理特性进行了深入分析。     

面向国家空天战略致力航空航天热物理学研究 ——北京航空航天大学国际交叉科学研究院、 国际通用工程学院院长文东升

热量的产生、储存及传递是我们周围常见的现象,也是现代能源动力、社会生活的基础.热物理学是航空航天的基础学科,和燃烧、推进、气动设计、能源管理等紧密相关.随着飞行速度的提升,其在飞行器设计及动力推进中的作用也越来越重要,比如高速飞行时所遭遇到的"热障"就一直是制约飞行器发展的瓶颈问题.北京航空航天大学国际交叉科学研究院、国际通用工程学院院长文东升教授多年来深耕热物理学领域,交叉创新,创造性地把热 / 热力学和材料、化学、物理等学科有机的结合起来,通过微观与宏观的结合、材料化学与工程的结合、实验和模拟技术的结合,系统研究揭示热量的产生、储存、传递机理,以及在能源、化工、航空航天中的应用.在微纳材料设计及制备、多尺度模拟计算、高超声速力热耦合、高效防除冰技术、纳米流体、纳米燃料等方向开展了大量研究并取得多项创新性成果.     

科学与政治、经济的大碰撞——全球重大科学工程下马内幕

经费不足,目标不明——“X-30”空天飞机样机取消1981年,美国军方设想出一种跨大气层的飞行器,并开始了一项被称作“铜谷计划”的研究,空天飞机被列入1986年发表的国情咨文。1986年2月,里根总统向世界宣布了国家空天飞机(NASP)计划。NASP计划的原定目标是通过研制可在地球低轨道飞行,像正常飞机一样在跑道上起降的高超