[發(fā)明專利]一種虛擬飛行風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011502655.0
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112632698A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁彬;岳才謙;付增良;張旭;張石玉;趙俊波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F113/08;G06F113/28;G06F119/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 高志瑞

本發(fā)明公開了一種虛擬飛行風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計方法，該方法包括如下步驟：(1)根據(jù)縮比、外形、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和功能的風(fēng)洞試驗基本要求利用三維CAD軟件進(jìn)行參數(shù)化建模得到飛行風(fēng)洞試驗初步模型；(2)在模型重量、質(zhì)心坐標(biāo)值和轉(zhuǎn)動慣量值中選取n個設(shè)計參數(shù)，并分別確定n個設(shè)計參數(shù)的預(yù)設(shè)目標(biāo)值；然后在飛行風(fēng)洞試驗初步模型的內(nèi)部空間特征尺寸參數(shù)中選取n個可調(diào)整的特征尺寸；(3)在飛行風(fēng)洞試驗初步模型采用打靶法調(diào)整n個可調(diào)整的特征尺寸，并計算n個設(shè)計參數(shù)，使得n個設(shè)計參數(shù)等于n個設(shè)計參數(shù)的預(yù)設(shè)目標(biāo)值。本發(fā)明不僅能夠大量減小設(shè)計修改的工作量，還能同時滿足試驗?zāi)Ｐ椭亓恐怠⑥D(zhuǎn)動慣量值、質(zhì)心坐標(biāo)值等多個設(shè)計值與目標(biāo)值一致。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于試驗空氣動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種虛擬飛行風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計方法。

背景技術(shù)

虛擬飛行風(fēng)洞試驗技術(shù)是一種先進(jìn)的風(fēng)洞試驗和飛行性能評估技術(shù)。試驗時，飛行器研究對象的縮比模型在風(fēng)洞中能夠進(jìn)行一定范圍的多自由度運(yùn)動，具體自由度和運(yùn)動范圍與試驗研究內(nèi)容相關(guān)。試驗中，在風(fēng)洞模擬的飛行環(huán)境和當(dāng)前的飛行狀態(tài)下試驗?zāi)Ｐ褪艿较鄳?yīng)的氣動作用和動力學(xué)作用，同時這兩種作用也是互相作用和耦合的。在氣動力和動力學(xué)的共同耦合作用下，試驗?zāi)Ｐ驮谠试S的范圍內(nèi)的姿態(tài)改變可通過測量系統(tǒng)進(jìn)行測量和采集，并作為飛行控制中的反饋輸入。因此，虛擬飛行風(fēng)洞試驗技術(shù)能夠給出飛行器研究對象的飛行動力學(xué)和控制系統(tǒng)的綜合品質(zhì)。

大部分的風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計中，對模型的重量要求不高，僅需要在一定范圍內(nèi)即可，對轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)心設(shè)計基本沒有要求。虛擬飛行風(fēng)洞試驗中由于模型是可以自由運(yùn)動的，在試驗中也需要模型對研究對象飛行器的運(yùn)動進(jìn)行模擬。因此虛擬飛行風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計中對重量和轉(zhuǎn)動慣量都具有較高要求，尤其是模型質(zhì)心要求較高，通常要求與研究對象理論質(zhì)心相差不超過5％，研究對象飛行器相關(guān)飛行特性較敏感時甚至要求誤差不超過1％。

一般設(shè)計虛擬飛行風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ蜁r，設(shè)計要求不高時通常是設(shè)計好配重安裝空間，通過調(diào)整配重進(jìn)行重量、轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)心的調(diào)整。設(shè)計要求較高時，在設(shè)計階段需要多次調(diào)整設(shè)計尺寸，以滿足重量、轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)心的設(shè)計指標(biāo)需求。其缺點(diǎn)在于：調(diào)整配重和尺寸時，有大量的可調(diào)整參數(shù)，需要依靠經(jīng)驗進(jìn)行修改，調(diào)整過程常伴隨大量的修改工作，設(shè)計工作量大；設(shè)計目標(biāo)較多，很難全部滿足要求：設(shè)計時需要同時滿足模型重量、轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)心要求，其中具體到目標(biāo)值，質(zhì)心要求包括了3個坐標(biāo)值，轉(zhuǎn)動慣量一般要求包括了3個主軸轉(zhuǎn)動慣量值，甚至包括全部9個慣性矩陣因子。如果設(shè)計目標(biāo)值唯一，如要求質(zhì)量為某值，調(diào)整模型配重和尺寸時是非常容易達(dá)到的。但設(shè)計目標(biāo)值較多時，通常的設(shè)計方法就很難同時達(dá)到了。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種虛擬飛行風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計方法，不僅能夠大量減小設(shè)計修改的工作量，還能同時滿足試驗?zāi)Ｐ椭亓恐怠⑥D(zhuǎn)動慣量值、質(zhì)心坐標(biāo)值等多個設(shè)計值與目標(biāo)值一致。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種虛擬飛行風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計方法，所述方法包括如下步驟：(1)根據(jù)縮比、外形、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和功能的風(fēng)洞試驗基本要求利用三維CAD軟件進(jìn)行參數(shù)化建模得到飛行風(fēng)洞試驗初步模型；(2)在模型重量m、質(zhì)心坐標(biāo)值(x,y,z)和轉(zhuǎn)動慣量值I_x、I_y、I_z、I_xy、I_yz、I_xz中選取n個設(shè)計參數(shù)，并分別確定n個設(shè)計參數(shù)的預(yù)設(shè)目標(biāo)值；然后在飛行風(fēng)洞試驗初步模型的內(nèi)部空間特征尺寸參數(shù)中選取n個可調(diào)整的特征尺寸；(3)在飛行風(fēng)洞試驗初步模型采用打靶法調(diào)整n個可調(diào)整的特征尺寸，并計算n個設(shè)計參數(shù)，使得n個設(shè)計參數(shù)等于n個設(shè)計參數(shù)的預(yù)設(shè)目標(biāo)值。