[发明专利]一种基于POD的非定常洞壁干扰修正方法

说明书

本发明提供一种基于POD的非定常洞壁干扰修正方法，包括以下步骤：多尺度试验模型在相同的风洞实验条件下，分别进行风洞实验，得到气动力系数随迎角变化的实验条件下的气动力系数变化曲线，并计算得到c＝0时的气动力线斜率k_c＝0；对实验条件下的气动力系数变化曲线进行POD分析，获得主模态下的气动力系数变化曲线，并计算其气动力线斜率k_m；对主模态重构后的气动力系数变化曲线进行平移操作，得到c＝0时的无洞壁干扰修正时的气动力系数变化曲线。具有以下优点：本发明提供的一种基于POD的非定常洞壁干扰修正方法，可以准确、可靠、快速的针对动态翼型进行非定常洞壁干扰修正，提高动态翼型非定常洞壁干扰修正的结果可靠性。

技术领域

本发明属于翼型风洞试验数据处理技术领域，具体涉及一种基于POD的非定常洞壁干扰修正方法。

背景技术

在风洞实验中，由于洞壁的影响，使实验模型的绕流场与实物实际的绕流场不同，一般将洞壁的影响称为洞壁干扰。洞壁干扰对实验模型实验数据的准度有严重影响。风洞实验得到的数据，一般都要进行洞壁干扰修正。

在当前的翼型动态试验中，缺少可靠的动态(非定常)洞壁干扰修正方法，无法对动态翼型进行准确的洞壁干扰的修正。

具体的，目前主要采用基于静态试验数据发展的半经验的修正方法。尤其是在测量整个翼型模型气动力的测力试验中，洞壁对模型外侧表面流动影响非常大，没有洞壁干扰修正的试验数据给结果分析带来较大的不确定性。

对于飞行器、翼型模型的低速静态气动性能试验数据的风洞洞壁干扰，试验修正法主要包括三种，分别是单模型大小风洞对比法、多模型单风洞外推法和统计数据类推法。

对于单模型大小风洞对比法，使用同一风洞试验模型在大小不同尺寸的风洞中进行试验，通常要求该模型在大风洞中阻塞度不大于0.1％，即认为大风洞中的试验数据是无洞壁干扰的数据，由大小风洞的对比试验数据推算出该模型在小风洞中试验的洞壁干扰量，用此量估算小风洞试验的洞壁干扰效应。但该试验修正法的试验工作量很大，在常规试验中很少使用。

对于多模型单风洞外推法，用一组大、小不同的几何相似模型在同一风洞中进行相同马赫数和雷诺数的试验。将试验空气动力数据按模型大小进行外插，得到模型几何尺寸为零的空气动力数据，即无洞壁干扰数据。

对于统计数据类推法，对于一些已积累了大量试验数据的老风洞而言，可以从已有试验数据和相应型号试飞数据及大风洞试验数据的对比中统计出一些典型模型在本风洞中做试验时的洞壁干扰规律。今后进行类似模型的风洞试验时，可以直接套用相似的典型模型洞壁干扰修正规律，不必另外做专门的洞壁干扰试验。这种方法属于经验法，且数据统计工作较复杂，仅限于某些经验丰富的风洞使用。

另外，国内外目前常用的静态试验洞壁干扰修正方法有经典映像法、Maskell法或有限基本解法(即涡格法)。但是经典映像法只适合于低速实壁风洞小攻角、无严重气流分离现象的常规外形模型试验；Maskell法虽然对伴有严重分离的大攻角情况进行了改进，考虑了尾迹阻塞干扰，但是对较大的攻角，特别是分离涡流出现时，仍不能提供准确的洞壁干扰数据；有限基本解法对大攻角、大分离流模型试验的修正误差很大。

随着计算机和计算流体力学的发展，CFD数值模拟也用于风洞试验的洞壁干扰修正研究。该方法需要用CFD数值模拟的方法来计算存在洞壁和不存在洞壁两种情况下的流场信息，两者的差值即为风洞试验数据的洞壁干扰修正量。目前，常用的CFD数值模拟的方法有雷诺平均NS方程(RANS)、大涡模拟(LES)和直接数值模拟(DES)。RANS方法和LES方法相比较有限基本解法而言，网格稍复杂，网格量略大，计算周期也较长，但是这两种方法对于各种复杂流场的计算结果精确度较高，均可以对大攻角、大分离流模型进行洞壁干扰修正。DES方法虽然计算结果准确，但是由于一般计算洞壁干扰需要模拟风洞洞壁的网格，而试验时的风洞尺寸较大，用DES方法模拟时的网格量会很大，导致计算量巨大，目前很少应用到洞壁干扰修正中。