[发明专利]一种轴对称飞行器的计算流体力学气动数据处理方法

摘要

本发明涉及计算流体力学技术领域，公开的一种轴对称飞行器的计算流体力学气动数据处理方法，是首先确定飞行器的飞行状态，飞行状态由舵偏角、马赫数、攻角和侧滑角确定，通常舵偏角、攻角、侧滑角的取值成对出现，且互为相反数；其次根据飞行器飞行状态具有的对称性，扩展出相反飞行状态的气动参数；本发明通过飞行器在部分飞行状态下的气动参数：六分量气动力/力矩系数，分别是轴向力系数、法向力系数、横向力系数、滚转力矩系数、偏航力矩系数和俯仰力矩系数，并且根据飞行器飞行状态具有的对称性，扩展出相反飞行状态的气动参数；根据对称性特点扩展出相反飞行状态下的气动数据，从而减少计算状态，节约成本和时间，提高气动计算效率。

主权项

一种轴对称飞行器的计算流体力学气动数据处理方法，其特征在于：是首先确定飞行器的飞行状态，飞行器的飞行状态由舵偏角、马赫数、攻角和侧滑角确定，通常舵偏角、攻角、侧滑角的取值成对出现，且互为相反数；其次根据飞行器飞行状态具有的对称性，扩展出相反飞行状态的气动参数；其步骤如下：飞行器的飞行状态由舵偏角、马赫数、攻角、侧滑角确定，其全状态按照排列组合的方法表示如下：舵偏角δz，索引数组[‑40， ‑20， 0 ，20 ，40]；马赫数Ma，索引数组[0.2，0.5, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0, 2.5]；攻角α，索引数组[‑20， ‑10， 0 ，10, 20]；侧滑角β，索引数组[‑20， ‑10， 0 ，10, 20]；飞行器的全状态共有5×8×5×5=1000个，使用扩展法能减少计算状态，舵偏角和侧滑角的取值需计算取正值的状态，计算状态如下：舵偏角δz，索引数组[0 ，20 ，40]；马赫数Ma，索引数组[0.2，0.5, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0, 2.5]；攻角α[‑20， ‑10， 0 ，10, 20] ；侧滑角β[0 ，10, 20]；飞行器的计算状态有3×8×5×3=360个，在计算这360个飞行状态气动数据的基础上，用扩展法获取全状态：1000个状态的气动数据；气动数据指六分量气动力/力矩系数，分别是轴向力系数CA、横向力系数CY、法向力系数CN、俯仰力矩系数Cmm、偏航力矩系数Cmn和滚转力矩系数Cml，飞行器的计算状态与飞行全状态的区别在于侧滑角和舵偏角的不同，故扩展的第一步是先扩展出侧滑角的全状态，扩展侧滑角，需要保证舵偏角、马赫数、攻角的状态一致，当侧滑角的取值互为相反数时，对应的六分量气动力/力矩系数按照下述规律进行变化，六分量气动力/力矩系数变化规律：舵偏角δz相同，马赫数Ma相同，攻角α相同，β为X/‑X，轴向力系数CA不变，横向力系数CY取反，法向力系数CN不变，俯仰力矩系数Cmm不变，偏航力矩系数Cmn取反，滚转力矩系数Cml对称；其中δz、Ma和α相同表示舵偏角、马赫数和攻角取值相同，β的取值表示一对相反数；CA、CN和Cmm不变：表示在舵偏角、马赫数和攻角一致的条件下，已知侧滑角的取值为X，当侧滑角取相反数，即‑X时，对应的轴向力系数、法向力系数和俯仰力矩系数均保持不变；对应上述索引数组，在舵偏角、马赫数和攻角取相同值时，侧滑角取值10与‑10，或20与‑20时，轴向力系数、法向力系数和俯仰力矩系数均相等，保持不变；CY和Cmn取反：表示在舵偏角、马赫数和攻角一致的条件下，已知侧滑角的取值为X，当侧滑角取相反数，即‑X时，对应的横向力系数和偏航力矩系数的取值也互为相反数；对应上述索引数组，在舵偏角、马赫数和攻角取相同值时，侧滑角取值10或20产生的横向力系数和偏航力矩系数与侧滑角取值‑10或‑20产生的横向力系数和偏航力矩系数互为相反数；Cml对称：表示在舵偏角、马赫数和攻角一致的条件下，侧滑角的取值为X时的滚转力矩系数与侧滑角取相反数，即取值‑X时的滚转力矩系数关于侧滑为0时的滚转力矩系数对称；对应上述索引数组，侧滑角取值10或20的滚转力矩系数与侧滑角取值‑10或‑20的滚转力矩系数关于侧滑角取0的滚转力矩系数对称；假设在相同舵偏角(0),相同马赫数(0.2),相同攻角(10)条件下,在已知部分侧滑角（0、10、20）飞行状态的气动数据基础上，能扩展出侧滑角‑20、‑10飞行状态的气动数据；扩展的第二步即扩展舵偏角的全状态，首先应保证马赫数的一致性，其次，攻角和侧滑角的取值均互为相反数；当舵偏角的取值互为相反数时，对应的六分量气动力/力矩系数按照下述规律进行变化，六分量气动力/力矩系数变化规律为： Ma相同表示马赫数取值一致，即保持同一马赫数状态；互为相反数表示已知气动数据的飞行状态：舵偏角、攻角、侧滑角与要扩展的飞行状态的舵偏角、攻角和侧滑角取值均互为相反数；相等：表示在马赫数取值一致，攻角和侧滑角的取值互为相反数的条件下，舵偏角的取值为X时的轴向力系数与舵偏角取相反数即取值‑X时的轴向力系数相等；对应上述索引数组，舵偏角取值10或20的轴向力系数与舵偏角取值‑10或‑20的轴向力系数相等；相反：表示在马赫数取值一致，攻角和侧滑角的取值互为相反数的条件下，舵偏角的取值为X时的横向力系数与舵偏角取相反数即取值‑X时的横向力系数相反;对应上述索引数组，舵偏角取值10（或20）的横向力系数与舵偏角取值‑10（或‑20）的横向力系数相反；同理，对于法向力系数、俯仰力矩系数和偏航力矩系数同样符合上述扩展规律;假设在相同马赫数(0.2),相同攻角(10、‑10)，相同侧滑角（‑10、10）条件下, 在已知部分舵片角（0、10、20）飞行状态的气动数据基础上，可扩展出舵偏角（‑20、‑10）飞行状态的气动数据。