[發明專利]一種確定高速風洞大型飛機模型縮比的方法

有效

• 申請號: 201310343153.1
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103412994A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 陳德華;劉光遠;尹路平;易凡;劉大偉;唐新武;姜明杰;許新
• 申請（專利權）人: 空氣動力學國家重點實驗室;中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

技術領域

本發明屬于風洞試驗技術領域，具體涉及一種在高速風洞試驗中，利用模型遠場擾動評估確定高速風洞大型飛機模型縮比的計算方法。

背景技術

試驗模型縮比確定是高速風洞試驗方案設計階段的關鍵內容之一，尤其對于大型飛機而言，增大模型縮比，不僅可以更加精確地模擬飛行器表面形狀和附著物，還可以增大試驗雷諾數，便于傳感器、模塊、線路等設備的安裝、鋪設，因而可大幅提高試驗數據質量。但增大模型縮比必然會導致洞壁干擾量的增加，嚴重時會影響洞壁干擾修正的準確度，導致試驗數據產生偏差。

國內外高速風洞依據長期試驗經驗制定了相關的模型設計準則，但該準則主要適用于小展弦比軍機模型，一般要求模型全展長不超過0.6倍試驗段寬度，對于中遠程轟炸機、客貨運輸機、無人機等大型飛機模型該準則應可適當放寬。實際操作中，根據模型構型特點與試驗馬赫數范圍，國內2.4米跨聲速風洞通常將大型飛機模型全展長控制在0.65～0.75倍試驗段寬度，德國ETW要求試驗馬赫數0.85以下的運輸機類模型全展長小于0.65倍試驗段寬度，荷蘭DNW-HST要求試驗馬赫數0.85以下的大型客機模型全展長小于0.75倍試驗段寬度，而美國AEDC16英尺跨聲速風洞認為將大型飛機全展長與試驗段寬度比例放大至0.8倍仍可通過洞壁干擾修正獲得準確數據。

由于缺乏準確有效的模型縮比確定方法，因此基于經驗采用保守設計是目前高速風洞大型飛機模型縮比確定的主要方式。但該方法操作隨意性較大，不同型號或同一型號不同時期模型縮比不一，最合適的縮比需要經過實際吹風數據檢驗后才能確定，容易造成不同期數據間尺度效應偏差，增大試驗難度、風險及初期成本。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種確定高速風洞大型飛機模型縮比的方法，以試驗段壁板側壁壓力分布為依據確定高速風洞大型飛機模型縮比，從而為試驗方案制定與試驗模型設計提供依據。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種確定高速風洞大型飛機模型縮比的方法，包括如下步驟：

第一步、根據計算模型數模生成不同模型展長的試驗計算網格；

第二步、根據試驗運行狀態設置邊界條件：依據來流馬赫數、總壓、總溫，通過等熵公式計算來流靜壓值、來流溫度參數值，將試驗段入、出口分別設定壓力入口、壓力出口邊界條件；通過壁板厚度、參考壓力修正關系計算穿孔粘性阻力因子，設定壁板為多孔壁邊界條件；

第三步、數值模擬試驗狀態，得到側壁壓力分布數據：根據試驗狀態來流速壓值、來流靜壓值計算側壁壓力系數分布，并與空風洞狀態側壁壓力系數分布比較，計算各模型縮比下側壁擾動壓力系數；

第四步、計算側壁擾動壓力系數分布標準差，并與擾動壓力系數判定標準進行比較，選擇側壁擾動壓力系數分布標準差小于且最接近0.5倍擾動壓力系數判定標準所對應的模型縮比為最優模型縮比。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：以試驗段壁板側壁壓力分布為依據，針對不同構型、不同試驗范圍，通過不同縮比模型對側壁壓力分布的遠場擾動量分析，在試驗前評估確定高速風洞大型飛機模型縮比，具有較好的代表性和較高的可信度，可避免傳統方法的不足，有效提高試驗方案設計的精細化水平，為大型飛機高速風洞試驗方案制定與試驗模型設計提供依據，具有巨大的工程實用價值。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為計算網格示意圖，其中：1為計算模型、2為風洞駐室、3為風洞試驗段；

圖2為2.4米跨聲速風洞壓力修正關系與來流馬赫數的相關散點圖；

圖3為不同縮比大飛機模型側壁擾動壓力系數分布圖。

具體實施方式

一種確定高速風洞大型飛機模型縮比的方法，包括以下步驟：

第一步、根據計算模型1數模生成不同模型展長的試驗計算網格（如圖1所示）：

網格需為貼體、正交的結構網格，并模擬風洞試驗段3、風洞駐室2等外部結構，網格質量需滿足粘性計算需求，附面層網格厚度為特征長度的千分之三至千分之五；所述特征長度定義為：空風洞計算條件為試驗段橫截面積平方根的0.1倍，縮比模型計算條件為模型的平均空氣動力弦長。

第二步、根據試驗運行狀態設置邊界條件：

依據來流馬赫數、總壓、總溫，通過等熵公式計算來流靜壓值、來流溫度等參數值，將試驗段入、出口分別設定壓力入口、壓力出口邊界條件；通過壁板厚度、參考壓力修正關系計算穿孔粘性阻力因子，設定壁板為多孔壁邊界條件；其中：