先进飞行器与动力实验室
发布人:军民融合处  发布时间:2017-06-27   动态浏览次数:620

在四川省产业园区创新改革发展规划(2016-2020)纲要中,航空航天及动力是高端装备制造产业的核心,同时,大力发展航空航天与动力相关的产业是深化军民技术协同创新的趋势。在四川“十三五”战略性新兴产业发展规划中,强调了着力突破关键技术与核心部件,大力发展航空航天与燃气轮机产业,构建完善的产业创新链,加快建设先进制造强省,将我省建成国家重要的高端装备产业基地。2017年4月由四川省国防科工办、西华大学、北京航空航天大学三方共建了四川军民融合协同创新中心,这将催生一大批军民融合科研项目落地转化。同时我校与北航建立了战略合作关系,全面参与北航在川的所有项目研发工作,双方共建科研团队、共建共用平台资源、共同研发科研项目。先进飞行器与动力实验室的建设是集聚科研队伍、开展人才培养、推进军民融合的重要举措。

实验室研究方向及主要内容:

围绕国家两机专项基础研究计划指南、国家海洋航行器高速化的发展趋势,以及高性能流体机械在国民经济中的技术需求,实验室凝练了三个研究方向:“先进飞行器总体设计”、“推进系统流体动力学”、“叶轮机械复杂流动与控制”。

1 先进飞行器总体设计

结合四川省军民融合发展专项“军用技术再研发”,实验室在先进飞行器总体设计方面,主要开展超绿色多元矢量分布式推进飞行器以及自适应流动控制飞行器总体设计研究。

1)超绿色分布式推进飞行器

针对广大国土范围,如高速公路、森林、偏远山区等需要巡逻,而人力巡逻成本较高、常规起降条件不具备的区域,开发一种机敏性好、速度快、长航时、多任务的智能无人机,采用多元矢量分布式推进气动布局,采用全电模式,按照4kg、8kg、20kg三个最大起飞重量,按技术成熟度梯次研发三款技术验证机,并开展演示验证。

2)自适应流动控制飞行器

由于飞行器的动力学特性决定于许多的环境因素和结构参数,例如随着飞行器飞行的高度和速度的不同,飞行器的动力学参数可能在相当大的范围内变化,要使飞行器在整个飞行高度与速度范围内保证控制的高质量,依靠经典的控制理论是难以解决的,而模型参考自适应控制的方案可有效解决上述问题。

自适应流动控制无人飞行器的研究是一个全新的领域,飞行器飞行状态不一样,机翼、机身表面流动状况也不一样,不同攻角、速度、高度会出现层流、转捩、分离、失速等不同的气动问题,单一的控制技术不能有效解决所有存在的问题,而自适应流动控制技术根据气动参数变量,做出相应反馈及控制措施。实验室的主要研究内容如下:

地面状态下,智能材料的参数、特性研究,获得智能材料发生作动的关键参数;

采用风洞试验技术,研究不同风速下,自适应智能材料形变对流动参数的影响,获得作动过程中流体的动态响应;

通过数值模拟方法,充分认识智能材料对边界层、剪切层等复杂流动控制的机理和机制;

自适应智能材料在飞行器上的试飞和技术验证。

2 推进系统流体动力学

    推进系统流体动力学主要解决制约我国航空发动机流动稳定性难题,实验室开展基于超长航时民用飞行器、未来飞行器、高性能无人机等的动力研究。结合我国对现役装备保障和未来第六代军用航空发动机稳定性的急需,进一步研究高性能航空发动机与进气道整体的系统稳定性触发机制,解决高性能军用航空发动机的稳定性设计方法和控制准则。主要研究内容包括:

1)压缩系统失稳初始扰动产生机理;

2)不同失稳形态的控制方法;

3)稳定性预测设计方法。

3 叶轮机械复杂流动与控制

    主要开展流体机械、航洋航行器推进装置等复杂流动的机理和控制研究。主要研究内容如下:

1)螺旋桨设计开发技术。包括螺旋桨桨叶负荷分布,推进效率优化设计等;

2)叶轮机械复杂流动与控制。其中涉及叶轮机械复杂流动的测量,复杂流动的产生机理和控制研究。

研究思路是应用图谱法设计软件,设计基于需求的螺旋桨,快捷、准确地解决船舶推进装置设计核心问题;借助三维CAD软件生成螺旋桨几何模型;应用ANSYS ICEM软件对流场区域进行网格划分;运用ANSYS CFX软件求解粘性流体雷诺时均控制方程组,对螺旋桨周围流场进行数值模拟,计算和分析所设计螺旋桨的水动力性能;通过计算结果的后处理,得到螺旋浆的水力特性曲线,并分析螺旋桨流场的压力分布、流线、速度矢量分布等流动特性;同时,开展相应的PIV,LDV等试验,获得准确的流动参数;在此基础上,使用先进的控制方法,如桨叶壁面开孔、多孔介质基材、MEMS系统、微吹气等对不利的流动进行高效的控制。

科研团队:

学术带头人介绍:李秋实,1970年9月生,教授、博士生导师,西华大学首席科学家,西华大学先进飞行器与动力研究中心主任,实验室学术带头人。中国空气动力学会理事,中国工程热物理学会流体机械分会委员。主要从事航空宇航推进理论与工程、流体机械及工程等方面研究。近年,为解决制约航空发动机流动稳定性的科学问题,承担国防973重大项目1项,主持国防重点项目3项、自然科学基金重点项目1项,合作国防重点项目2项、自然科学基金国际合作重点项目1项,经费总额3000余万元,发表学术论100余篇,发明专利10余项。

实验室培养了2名法国Safran科技论文一等奖获得者——侯安平副教授和李志平副教授,均为目前本实验室青年教师。近来又完成了世界上唯一的“双轴双涵跨声速对转压气机实验台”建设,培养青年教师5名,其中潘天宇博士后获得ASME最佳论文奖提名;与法国里尔科技大学合作组成了叶轮机械叶片表面处理技术研究团队,引进江启峰副教授等开展叶轮机械失速研究。以上青年人才的培养,为支撑两机重大专项研究提供了基础条件设施和人才储备。

目前实验室专职人员,中青年成员26名,其中:高级职称人员19名,具有博士学位人员22名(博士后5名),45岁以下人员比例为75%。