[發明專利]一種基于二次降階的帶操縱面機翼非定常氣動力模擬方法

無效

• 申請號: 201210376333.5
• 申請日: 2012-10-07
• 公開（公告）號: CN102866637A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 谷迎松;胡巍;楊智春
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明涉及飛行器氣動彈性試驗技術領域，具體為一種基于二次降階的帶操縱面機翼非定常氣動力模擬方法，主要用于地面顫振試驗，通過面樣條插值降階和等效降階方法對帶操縱面機翼的非定常氣動力模型進行兩次降階，將機翼上分布的非定常氣動力通過氣動力降階，等效到有限個加載點處的激振器上。

背景技術

對于每一種新型號的飛機，其顫振速度的獲取是必不可少的。地面顫振試驗作為一種新興的顫振研究手段，是將機翼上分布的非定常氣動力首先按照氣動力降階的思想，等效為有限個加載點處的非定常氣動力，再用激振器在這些加載點處對機翼進行激勵，激振器的輸出力就是等效后的氣動力，而這些集中的非定常氣動力是根據機翼上若干個拾振點處的響應（位移、速度、加速度）按照氣動力降階方法計算后得到的。該試驗可直接對真實結構進行顫振試驗，并通過激振器來模擬給定速度下的氣動力，在試驗中就可以觀察到真實結構的顫振，進而得到顫振速度。

從公開的文獻可看到，地面顫振試驗最新的研究進展是：在AIAA2011-1942編號文獻“GVT-based?ground?flutter?test?without?wind?tunnel”中Zeng等公開了一種對矩形平板和長直機翼的地面顫振試驗方法；在SCIENCE?CHINA?Technological?Sciences?2012,55(9):2482-2488的文獻“Studies?on?Aeroservoelasticity?Semi-physical?Simulation?Test?for?Missiles”中，吳志剛等在考慮了飛行控制系統基礎上，針對導彈模型公開了一種氣動伺服彈性半物理仿真試驗方法。

這些公開的地面顫振試驗技術中，主要都是對不帶操縱面的機翼氣動力降階建模的研究，而對帶操縱面的三元機翼的非定常氣動力降階建模和地面顫振試驗尚無相關研究。

發明內容

要解決的技術問題

在地面顫振試驗中，通過激振器輸出的激振力來模擬分布式的氣動力。理論上講，無論是為了更精確地描述氣動面上分布式的氣動力，還是多部件試驗（如全機試驗）的需要，我們都希望使用更多的激振器。但為了保證激振力的準確加載，需進行激振力控制系統的設計，如果激振器數目過多，激振力控制系統的設計難度將大大增加，尤其是在操縱面上，激振器的數目往往有很大的限制。因此在實際顫振試驗中，希望在滿足試驗精度的前提下，盡量減少氣動力的階數（這樣，對應的激振器的數目就會相應減少）。

為此，本發明提出了一種基于二次降階的帶操縱面機翼非定常氣動力模擬方法，對帶操縱面機翼的非定常氣動力進行二次降階，在得到合理的氣動力模型的同時，降低激振力控制系統設計的難度。

技術方案

本發明提出的基于二次降階的帶操縱面機翼非定常氣動力模擬方法，首先通過面樣條插值方法（AIAA?2011-1942編號文獻“GVT-based?ground?futter?test?without?wind?tunnel”中公開），分別確定主翼面、操縱面上激振點和拾振點的位置，進而得到相應的頻域降階氣動力模型，采用最小狀態法（Journal?of?Aircraft,Vol.19,March?1982,pp.221-227中的文獻“Design?for?Active?Flutter?Suppression?and?Gust?Alleviation?Using?State-Space?Aeroelastic?Modeling”公開）進行頻域降階氣動力模型從頻域到時域的轉換，獲得初步氣動力降階模型。為進一步減少操縱面上所需激振器的個數，以操縱面氣動力、鉸鏈力矩等效為前提，將操縱面上多處激振點的力等效到兩個激振點上。同時，為了得到較優的等效結果，在優選方案中，以二次氣動力降階前后對應結構的動態氣動彈性響應差異最小為目標函數，采用優化算法進行了二次氣動力降階激振點位置優化。

本發明的技術方案為：

所述一種基于二次降階的帶操縱面機翼非定常氣動力模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立帶操縱面機翼的網格模型，采用面樣條插值方法分別確定帶操縱面機翼中的主機翼和操縱面上的激振點和拾振點的位置，并得到帶操縱面機翼的頻域降階氣動力模型；采用最小狀態法將頻域降階氣動力模型轉換到時域空間，得到帶操縱面機翼的初步時域氣動力降階模型；所述帶操縱面機翼的初步時域氣動力降階模型分為主機翼的初步時域氣動力降階模型和操縱面的初步時域氣動力降階模型；