[發明專利]一種旋轉類飛行器流場分析方法及系統

有效

• 申請號: 202010394081.3
• 申請日: 2020-05-11
• 公開（公告）號: CN111651833B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 唐海敏;田浩;張宏俊;王波蘭;鮑然;伍彬;廖欣;傅建明;付昊;張樹海
• 申請（專利權）人: 上海機電工程研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種旋轉類飛行器流場分析方法及系統，包括：沿周向掃描子午面，選定瞬時氣動力與等效氣動力變化規律一致的子午面為等效狀態；分析每個部件對整體氣動力的貢獻度；選取貢獻度最大的部件，沿預設方向均勻選取預設積分長度，對每個積分長度內的物面進行壓力積分，得到小單位的氣動力，全部小單位氣動力形成分布規律；等效狀態的整體渦流場結合動態整體渦流場，得到貢獻度最大部件渦系與其他部件渦系的相互作用情況；根據貢獻度最大部件的渦流場和壓力分布，運用氣動定理，對渦流場、表面壓力分布、小單位氣動力分布和部件氣動力進行閉環分析。本發明利用變化規律一致選取等效狀態提前降低設計風險，減少設計迭代次數，縮短研制周期。

技術領域

本發明涉及氣動設計技術領域，具體地，涉及一種旋轉類飛行器流場分析方法及系統。

背景技術

對于繞自身體軸不停自轉的旋轉類飛行器，旋轉引起的馬格努斯效應給飛行品質帶來重要影響，嚴重時會導致飛行試驗失敗。這些飛行風險，在地面仿真時，由于預測手段能力限制，難以充分暴露。為了從機理層面認識這個問題，從設計層面徹底解決這個問題，必須對旋轉類飛行器流場進行充分的分析。

一般地，流場分析可以沿著流場細節(如：渦、流線和壓力分布等)——部件氣動力——整體氣動力三個環節來回往復地進行閉環分析。不同于其他飛行器的是，旋轉類飛行器在飛行力學方程中輸入的氣動力不是當前瞬態的氣動力，而是周期等效氣動力，其與多個瞬態狀態相關，但又不是某一個特定瞬態的狀態。按原來的流程來分析，存在一個無法跨越的問題：等效氣動力對應的等效狀態如何選取。只有對氣動力變化的流場機理進行充分分析，才能有效解釋旋轉類飛行器額外需要關注的馬格努斯效應其產生的機理，從而獲取減小甚至消除其不利影響的設計方法，以確立動穩定外形設計邊界，降低飛行器研制中的設計風險和迭代次數，有效縮短研制周期。

專利文獻CN110287505A(申請號：201910212456.7)公開了一種飛行器穩定性分析方法，依據飛行器的外形建立空間網格，并對飛行器的選定狀態進行定常流場計算，得到氣動力系數和系數矩陣；獲得飛行器的模態頻率和振型；計算流場物面的振型；根據飛行器的結構特征設計模態訓練信號；得到飛行器的彈性振動表達公式；得到各模態的廣義氣動力模型；得到離散空間內的氣動力狀態方程；提取出不同減縮頻率的廣義氣動力模型；得到氣動/結構/控制耦合的閉環系統運行方程；將閉環系統運行方程轉換為傳遞函數，并進行穩定性分析，從而對飛行器穩定性進行分析。一種飛行器穩定性分析方法主要分析的是飛行器的彈性變形進入到對控制系統的影響，即飛行器結構彈性對力的反應；而本發明通過對流場的分析，提前降低飛行器設計風險，減少設計迭代次數，縮短研制周期。

專利文獻CN106682262B(申請號：201611039302.5)公開了一種獲取飛行器流場的數值模擬方法，采用基于非結構直角網格的間斷Galerkin方法來求解流場，采用四叉樹結構的直角網格將待求解的流場區域離散成網格的集合；對于每個四邊形網格，利用雙線性坐標變換，將目前物理坐標系下每個網格映射到計算坐標系下一個規則網格上，獲得標準正方形網格；通過數值計算獲得計算坐標系下單元內守恒變量；確定物理坐標系下每個網格的上面、下面、左面和右面；根據單元交界面左右變量的差別，構造了間斷探測器；將每個網格內的守恒變量在離散網格上進行流場顯示，獲得流場分布。一種獲取飛行器流場的數值模擬方法主要提供流場的計算方法；而本申請是在流場計算結果的基礎上做深入的分析，從而結合實際應用，可用于分析影響旋轉類飛行器關鍵飛行品質的馬格努斯效應的產生機理和規律，獲得旋轉類飛行器動穩定外形設計邊界。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種旋轉類飛行器流場分析方法及系統。

根據本發明提供的一種旋轉類飛行器流場分析方法，包括：

等效步驟：沿周向掃描子午面，選定瞬時氣動力與等效氣動力變化規律一致的子午面狀態作為等效狀態；

貢獻度計算步驟：在等效狀態下，分析飛行器的每個部件對整體氣動力的貢獻度；