项目名称高性能飞行器高机动风洞试验技术与系统

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1、项目名称：项目名称：高性能飞行器高机动风洞试验技术与系统推荐单位：推荐单位：中国机械工业联合会项目简介：项目简介： 高性能飞行器作为航空武器装备技术水平的重要标志，是国家战略和国家 安全的利器。高性能飞行器，如美国 F22、俄罗斯 T50 及我国在研的歼 20、歼 31，要求具备优良的机动性能，特别是过失速机动能力。在高机动过程中，气 动力表现为强烈的非线性和非定常特征，准确获得高机动气动特性，避免试飞 和实战中因过失速机动造成的尾旋坠机，是当前空气动力学领域最具挑战性和 紧迫性的难题。国内仅有单自由度及两自由度风洞动态试验能力，不具备多自 由度耦合高机动试验能力，成为制约高性能飞行器研发的技

2、术瓶颈。 为研发高性能飞行器，赶超世界先进水平，建立具有我国技术特色的高性 能飞行器高机动风洞试验技术与系统，2007 年国家下达了相关技术及装备的攻 关任务书。本项目提出了高性能飞行器高机动风洞试验理论，研制了高机动风 洞试验系统，建立高机动风洞试验技术和规范，形成了具有我国技术特点的高 性能飞行器研发的风洞试验体系。发明点如下： （1）针对如何准确建立高机动飞行器非线性非定常气动力学模型的难题， 建立了高性能飞行器气动特性天地转换气动力学数学模型，发明了飞行器六自 由度高机动风洞试验技术与系统，突破了传统单自由度系统多次单独试验方法 的限制，构建了高性能飞行器高机动风洞试验理论体系，达到了

3、国际领先水平。（2）针对大尺寸、高速、重载、低阻塞度条件下六自由度风洞试验系统的 精度控制难题，提出了飞行器末端位姿动态误差补偿法，发明了末端位姿测量 系统，解决了试验系统的工作空间优化、多轴联动控制、安全防护和电磁干扰 屏蔽等关键技术，研发世界第二套、我国唯一一套高性能飞行器高机动风洞试 验系统，系统性能指标处于国际领先水平。 （3）针对高机动轨迹跟踪、分离体扰动等动态耦合试验难题，发明了六自 由度对接平台，实现载机（或甲板）和外挂物（或飞行器）六自由度的相对耦 合运动，建立了高性能飞行器高机动风洞试验规范及评估体系，实现了舰载机 起降气动特性的直接模拟，缩短了我国高性能飞行器的研发周期，仅

4、为国外的 1/3。 项目获授权发明专利 12 项，发表论文 60 余篇，其中 SCI 20 篇，EI 23 篇。获得 2015 年中国机械工业科学技术一等奖。 系统于 2011 年 12 月 7 日正式投入使用，已完成“XXX 飞机过失速机动 风洞试验研究”等数十项试验内容，气动特性参数已成功应用于高性能飞行器 研发，减少样机数量和试飞次数，降低试飞风险，缩短飞行器研制周期，降低 研发成本，一个机型可节约数十亿元经费。高性能飞行器高机动风洞试验技术 与系统打破了国外技术封锁，使我国成为世界上第二个具备在风洞中直接模拟 飞行器过失速机动的国家，提升了我国国家安全与国际地位。客观评价：客观评价：

5、1）经军方计量单位（国家二级）检测，所有技术指标达到、且关键技术指标优于国际同类系统技术指标。 2）2011 年 12 月，军方组织的项目验收评审会认为：项目完成了合同要求 的全部研制内容，系统全面达到合同技术指标要求，部分指标优于合同规定指 标。一致同意项目通过验收评审，投入正式运行。 3）2014 年 12 月国家任务下达单位鉴定认为：“该项成果创新性强，首次 创立了 XX 复杂机动风洞试验系统，技术指标达到国际领先水平，为 XX 高机动 气动特性研究提供了重要技术手段，具有显著的军事、经济价值，应用前景广 阔” 。 4）2015 年 4 月中国机械工业联合会组织的鉴定委员会认为该项目“填

6、补 了国内风洞高性能飞行器复杂高机动试验技术空白，进入了国际领先行列” 。推广应用情况：推广应用情况： 高性能飞行器高机动风洞试验技术与系统已应用到我国高性能飞行器研发， 完成了多种类多批次飞行器过失速机动的直接模拟：成功完成了动态特 性风洞试验，为该高性能飞行器的操稳特性评估和过失速机动飞行动力学分析 奠定了坚实基础；成功获得了飞行器近海面飞行及近地面飞行时的气动 特性及影响规律；成功完成了复杂机动模拟风洞试验研究、飞机 过失速机动风洞试验研究、蛇形机动动态气动特性风洞试验研究，系统 地获得了过失速状态下的非定常气动特性，试验并研究了恶劣海况舰载 机航母甲板起降流场特性。项目的成功实施，提高

7、了飞行器的高机动性，已为 多个机型减少了样机数量和试飞次数，缩短了研制周期，降低了试飞风险和研 发成本，一个机型节约了数十亿元，为我国研究和提高我国高性能飞行器的高 机动性能、我我国舰载机的起降安全发挥了重要作用。 高性能飞行器高机动风洞试验技术与系统打破了国外技术封锁，使我国成 为世界上第二个具备在风洞中直接模拟飞行器过失速机动的国家，走出了我国 高性能飞行器自主设计道路，有利于维护国家战略利益，提升了我国国家安全 与国际地位。项目成果可为下一代高性能飞行器复杂机动研究提供技术支撑。主要知识产权证明目录：主要知识产权证明目录：授权项目名称类别发明人授 权 号测量空间六自由度运动的滑块式并 联

8、机构发明专利谢志江 等ZL2012 1 0106678.9 空间六自由度运动的测量装置及动 态测量方法发明专利谢志江 等ZL2012 1 0203199.9 测量空间六自由度运动的伸缩拉杆 式并联装置发明专利谢志江 等ZL2012 1 0107529.4 空间六自由度振动阻尼减振方法发明专利谢志江 等ZL2012 1 0106677.4六自由度并联解耦机构发明专利谢志江 等ZL2010 1 0563130.8一种伸缩调节机构发明专利谢志江 等ZL2012 1 0095215.7机械自适应辅助对接平台发明专利谢志江 等ZL2010 1 0509553.1六自由度对接平台发明专利谢志江 等ZL20

9、07 1 0078631.5气悬浮柔性空间对接平台发明专利谢志江 等ZL2007 1 0078635.3机械柔性空间对接平台发明专利谢志江 等ZL2007 1 0078634.9自控式多自由度对接平台发明专利谢志江 等ZL2007 1 0078640.4叶轮机械叶片故障叶间间距监测诊 断法发明专利谢志江 等ZL 02 1 13373.5主要完成人情况表：主要完成人情况表： 1. 谢志江，排名 1，机械传动国家重点实验室特种装备研究所所长，教授， 工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。对本项目技术创造性贡献：项目 负责人。提出了六自由度机构的创新设计方法，发明了基于 6-PSS 并联机构的 空

10、间六自由度运动动态测量法，提出了末端位姿动态误差补偿技术。2. 孙海生，排名 2，中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所所 长，研究员，工作单位：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所， 完成单位：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所。对本项目技术 创造性贡献：负责多自由度动态测试系统的总体方案设计与系统实现，开发的 高机动性风洞试验系统满足了工程试验的性能要求。3. 石万凯，排名 3，机械传动国家重点实验室固定研究人员，研究员，工 作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。对本项目技术创造性贡献：负责了 六自由度支撑机构结构设计及优化，提出了机构尺度参数优化与工作空间分析，

11、满足了风洞安装空间的约束要求。4. 刘志涛，排名 4，中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 103 室副主任，副研究员，工作单位：中国空气动力研究与发展中心低速空气 动力研究所，完成单位：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所。 对本项目技术创造性贡献：负责完成了该系统的气动设计，提出了背撑支杆等 支撑系统的外形优化措施；负责完成了系统在风洞试验现场的安装与联调，飞 行器复杂机动模拟实验，获得了系统的技术指标。5. 张 钧，排名 5，研究员，工作单位：中国空气动力研究与发展中心低 速空气动力研究所，完成单位：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研 究所。对本项目技术创造性贡献：

12、负责六自由度机构结构方案设计，提出机构 采用球铰和碳纤维拉杆以及控制系统采用绝对式位置传感器等关键技术途径，确保了系统的工程实现。6. 李良军，排名 6，副教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。 对本项目技术创造性贡献：负责六自由度并联支撑机构工作空间优化，建立了 驱动滑块运动规律与末端位姿之间的关联，为机构的高精度控制奠定了基础。完成人合作关系说明：完成人合作关系说明： 重庆大学、中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所共同承担本 项目，以上完成人分别是两单位最主要的完成人，每人对本项目技术创造性贡 献如上。重庆大学主要负责高性能飞行器高机动风洞试验系统研发与部分关键 技术研究，

13、主要科技创新如下： 1）发明了飞行器末端位姿测量法，研究了空间位姿测调控一体化技术，研 制了高性能飞行器高机动风洞试验系统。 2）提出了基于末端六维力的动态误差补偿方法，利用实时测量的风洞试验 末端六分量载荷，检索基于不同位姿构建的弹性变形误差表和末端位姿误差补 偿表，动态补偿气动载荷产生的弹性变形误差。 3）针对飞行器复杂机动风洞模拟试验要求，开展了复杂机动模拟轨迹规划 技术、模型高速多自由度运动空间位姿实时测量技术、数据采集和处理方法、 电磁干扰屏蔽、支撑部件优化等研究，建立了复杂机动模拟风洞试验技术。 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所主要负责高性能飞行器 高机动风洞试验部分关键技术研究及相关试验工作，主要科技创新如下： 1）建立了飞行器过失速机动的非线性非定常空气动力学数学模型，提出了 复杂机动风洞模拟试验规范。 2）获得了高性能飞行器大迎角和过失速状态下的非定常气动特性，用于飞机飞行动力学分析和飞行控制系统设计。 3）完成 XXX 动态特性风洞试验、XXX 飞行器海面效应风洞试验、XXX 飞行 器地面效应风洞试验、XXX 飞机动态气动特性风洞试验研究，提高了飞行器的 高机动性能，缩短了飞行器研制周期。