[发明专利]一种用于移动风场环境中飞行器气动载荷的确定方法

说明书

本申请属于飞行器载荷设计技术领域，特别涉及一种用于移动风场环境中飞行器气动载荷的确定方法。该方法包括气动载荷计算参数初始化；更新飞行器表面各个网格当地的“等效时刻”；插值得到各个网格所受到的波阵风速度；计算各个网格处的迎角、侧滑角、动压；插值得到各个网格形心处的压力系数；对所有网格进行积分，得到飞行器的外部气动载荷。本发明提供了一种改进的移动风场环境中飞行器外部气动载荷的确定方法，考虑了移动风场包围飞行器过程对气动载荷的影响，简化了气动载荷的确定流程，提高了气动载荷的确定精度。

技术领域

本申请属于飞行器载荷设计技术领域，特别涉及一种用于移动风场环境中飞行器气动载荷的确定方法。

背景技术

移动风场是一种特殊的突风，与普通风场模型相比有以下3点差异：(1)移动风场具有高速传播的特点，一般以超音速或音速扩张，而普通风场一般不考虑自身的传播速度；(2)移动风场携带的扰动能量更大，这表现在它的风场速度较大；(3)移动风场的速度是空间的，可以同时沿着飞机的航向和法向扰动。当移动风场以音速(或略高于音速)从后方包围飞机时，相对速度较小，尾翼会先受到移动风场的作用，然后才是机翼受到扰动。

目前的移动风场环境中飞行器气动载荷的确定方法普遍采用面元法，气动载荷计算技术及流程复杂，计算精度较低，尤其是在气动非线性区偏差将更大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种用于移动风场环境中飞行器气动载荷的确定方法，以便简化气动载荷的确定流程，提高气动载荷的确定精度，本申请用于移动风场环境中飞行器气动载荷的确定方法包括：

步骤S1、获取当前时刻体轴系上的飞行器各速度分量；

步骤S2、对飞行器进行网格划分；

步骤S3、对给定的移动风场数据进行插值，获得飞行器各网格处受到的与所述体轴系各轴对应的各方向的风场速度；

步骤S4、根据飞行器各速度分量及各方向的风场速度，确定飞行器各网格处的等效速度分量；

步骤S5、根据所述等效速度分量确定飞行器各网格处的等效气动迎角及等效侧滑角；

步骤S6、基于所述等效气动迎角及等效侧滑角，对压力分布数据进行插值，获得飞行器各网格处的压力系数；

步骤S7、基于所述压力系数确定飞行器各网格处的气动力及气动力矩，返回步骤S3，进行下一时刻的风场速度计算，直至仿真结束。

优选的是，步骤S2中，基于初始化的飞行器飞行速度、飞行器迎角及飞行器侧滑角确定飞行器各速度分量。

优选的是，步骤S3进一步包括：

步骤S11、确定仿真时间t；

步骤S12、基于移动风场包围飞行器的速度V_Δ确定飞行器各网格在移动风场中的等效时刻t_i：t_i＝t-Δx_i/V_Δ，其中，Δx_i为第i个网格形心与飞行器尾翼后边界的水平距离；

步骤S13、根据移动风场数据插值获得各网格处所受到的水平移动风场速度U_x(t_i)、侧向移动风场速度U_y(t_i)、垂向移动风场速度U_z(t_i)。

优选的是，步骤S4进一步包括：

步骤S41、获取大地坐标系到飞机体轴系的变换矩阵L_bg；

步骤S42、基于所述变换矩阵确定飞行器各网格处的等效速度分量u_i(t)、v_i(t)、w_i(t)：