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设计具有高效的超音速巡航能力的飞机,特别是超音速巡航的运输机是航空工业近30年努力实现的方向。为此各国的航空研发机构都对此类飞机进行了大量的理论研究和实验工作,得到了许多研究成果和宝贵的设计经验。作为高速飞机布局的一种选择——斜置机翼飞机特别是斜置飞翼在此期间也得到大量的研究和关注,欧美各国都对这种非常规布局的飞机进行了系统的研究与分析,并进行了许多的风洞实验和数值模拟。本文即在整理分析国外相关研究的基础上对斜置机翼技术尤其斜置飞翼进行了初步的研究与分析,重点研究了斜置飞翼的超音速和亚音速的气动特性。 理论分析表明,具有椭圆载荷分布的斜置椭圆机翼有最小的升致波阻和诱导阻力。因此斜置机翼飞机能够有效地减小飞机在高跨音速和低超音速时的飞行阻力,提高飞机超音速飞行的气动效率。斜置机翼最为重要的特点莫过于它在结构上易于实现后掠角的改变,对应不同的飞行状态改变机翼的后掠角,以保证飞机在在低速、跨音速和超音速能够同时获得最优的气动效率,这正是再次引起人们对它进行深入研究的兴趣所在。尽管斜置机翼有这些技术优势,但非对称斜置布局带来的强烈的气动和惯性耦合对飞机的飞行动力学和飞行控制产生了许多不利影响,对于斜置飞翼这种缺少平尾控制的飞机问题将更加严重。针对非对称布局的斜置飞翼独特的气动特性和飞行动力学特性,本文论述了对其进行气动设计所要面临几个重要问题,其中包括斜置后掠角的选择:翼型剖面的设计;非对称的机翼平面形状的设计;机翼沿展向的弯曲和扭转设计等。 本文根据国外相关研究设计了一种运输机类斜置飞翼方案,对该方案超音速和亚音速气动特性进行了计算和分析。超音速计算采用笛卡尔直角网格求解欧拉方程:亚音速计算采用定常势流的格林函数方法求解无粘气动力系数,粘性阻力采用工程估算的方法计算。计算结果表明斜置飞翼的确有较高的超音速巡航飞行的气动效率,并且通过适当的气动设计能够有效抑制因非对称布局带来的非对称的力和力矩的大小;通过后掠角的改变,斜置飞翼也能够获得较好的低速和亚音速气动特性,针对超音速巡航点设计的气动外形在亚音速小后掠下未产生明显的不利影响。 非对称外形的斜置飞翼固有的气动耦合和惯性交感将使其飞行动力学系统不同于常规对称飞机。本文简单推导了适用于斜置飞翼飞行动力学分析研究的小扰动线化六自由度动力学方程组。该方程组可作为斜置飞翼的操纵性和稳定性分析和飞行控制系统设计的基础。