[发明专利]一种建立飞行器高空气动力数据库的方法

说明书

本发明公开了一种建立飞行器高空气动力数据库的方法，涉及飞行器研究领域，包括：获得飞行器外形参数；设定状态参数，基于所述状态参数生成若干个虚拟飞行状态；基于所述飞行器外形参数，对每个所述虚拟飞行状态进行数值模拟计算，每个所述虚拟飞行状态对应获得相应的气动力数据；基于所有所述虚拟飞行状态对应的气动力数据获得飞行器高空气动力数据库；本发明采用广义最小残差进行宏观量预估，提高了隐式方法的计算效率，能够大幅降低高空气动力数据库的建设成本。

技术领域

本发明涉及飞行器研究领域，具体地，涉及一种建立飞行器高空气动力数据库的方法。

背景技术

飞行器在飞行过程中，常常需要知道特定状态下所受的力和力矩，以便控制系统对飞行姿态进行合理控制，确保飞行安全。控制系统中预先存储了大量飞行状态的气动力数据，这就是气动力数据库。常用的获得数据库中各状态气动力的方法有风洞试验、数值模拟以及飞行试验。

在高空（70km及以上）条件下，来流比较稀薄，地面风洞试验往往无法复现真实飞行情况下的来流条件。而采用飞行试验的方法代价又太高。建设高精度的高空气动力数据库基本依靠数值模拟方法。由于高空来流稀薄，飞行器周围的流动往往是多流域共存的。常规的求解NS方程的方法在这里不适用。目前比较可靠的方法是采用统一气体动理学方法。

统一气体动理学方法基于玻尔兹曼模型方程的积分解，是一种跨流域、多尺度的方法。该方法在三维物理空间和三维速度空间求解分布函数的演化过程。对收敛状态的分布函数进行积分进而获得飞行器表面的压力、摩阻，进一步对飞行器所有表面单元的压力、摩阻进行求和得到飞行器所受的力和力矩。为了更快获得一个状态的气动力特性，通常采用隐式方法。目前效率较高的隐式方法是基于LUSGS（下上三角矩阵对称高斯赛德尔）进行宏观量预估，然后对分布函数进行隐式迭代的方法。具体可以参见：朱亚军-统一气体动理论格式隐式算法的构造和应用-博士论文-西北工业大学-2016。

建立飞行器高空气动力数据库需要海量状态的基础数据，包含不同来流马赫数、来流高度、飞行器攻角、飞行器侧滑角等参数之间的组合。因而总的计算量是很大的，计算代价也很高。

发明内容

为了提高了计算效率，降低高空气动力数据库的建设成本，本发明提供了一种建立飞行器高空气动力数据库的方法。

所述方法包括：

获得飞行器外形参数；

设定状态参数，所述状态参数包括：飞行高度范围和飞行高度间隔、飞行马赫数范围和飞行马赫数间隔、飞行器攻角范围和飞行器攻角间隔以及飞行器侧滑角范围和飞行器侧滑角间隔；

基于所述状态参数生成若干个虚拟飞行状态，所述虚拟飞行状态包括：飞行高度、飞行马赫数、飞行器攻角和飞行器侧滑角；

基于所述飞行器外形参数，对每个所述虚拟飞行状态进行数值模拟计算，每个所述虚拟飞行状态对应获得相应的气动力数据；

基于所有所述虚拟飞行状态对应的气动力数据获得飞行器高空气动力数据库；

其中，对单个所述虚拟飞行状态进行数值模拟计算的过程包括：

步骤1：基于所述飞行器外形参数生成飞行器物理空间网格；

步骤2：设定数值模拟计算的来流条件、初始迭代条件和迭代的时间步长；

步骤3：当前时刻为，上一时刻为，在当前时刻，针对飞行器物理空间网格中的每一个物理空间网格单元，获得包围物理空间网格单元的每个界面上的分布函数；

步骤4：基于求得分布函数通量及宏观守恒量通量；

步骤5：基于、和相应的界面面积计算获得每一个物理空间网格单元的残差向量；