[發(fā)明專利]一種基于POD的非定常洞壁干擾修正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110090542.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN112903237B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏斌斌;高永衛(wèi);昔華倩;郝禮書
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M9/08
• 分類號(hào): G01M9/08;G01M9/02
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 席小東

本發(fā)明提供一種基于POD的非定常洞壁干擾修正方法，包括以下步驟：多尺度試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谙嗤娘L(fēng)洞實(shí)驗(yàn)條件下，分別進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，得到氣動(dòng)力系數(shù)隨迎角變化的實(shí)驗(yàn)條件下的氣動(dòng)力系數(shù)變化曲線，并計(jì)算得到c＝0時(shí)的氣動(dòng)力線斜率k_c＝0；對(duì)實(shí)驗(yàn)條件下的氣動(dòng)力系數(shù)變化曲線進(jìn)行POD分析，獲得主模態(tài)下的氣動(dòng)力系數(shù)變化曲線，并計(jì)算其氣動(dòng)力線斜率k_m；對(duì)主模態(tài)重構(gòu)后的氣動(dòng)力系數(shù)變化曲線進(jìn)行平移操作，得到c＝0時(shí)的無洞壁干擾修正時(shí)的氣動(dòng)力系數(shù)變化曲線。具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明提供的一種基于POD的非定常洞壁干擾修正方法，可以準(zhǔn)確、可靠、快速的針對(duì)動(dòng)態(tài)翼型進(jìn)行非定常洞壁干擾修正，提高動(dòng)態(tài)翼型非定常洞壁干擾修正的結(jié)果可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于翼型風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于POD的非定常洞壁干擾修正方法。

背景技術(shù)

在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，由于洞壁的影響，使實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦@流場(chǎng)與實(shí)物實(shí)際的繞流場(chǎng)不同，一般將洞壁的影響稱為洞壁干擾。洞壁干擾對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)度有嚴(yán)重影響。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，一般都要進(jìn)行洞壁干擾修正。

在當(dāng)前的翼型動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，缺少可靠的動(dòng)態(tài)(非定常)洞壁干擾修正方法，無法對(duì)動(dòng)態(tài)翼型進(jìn)行準(zhǔn)確的洞壁干擾的修正。

具體的，目前主要采用基于靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)展的半經(jīng)驗(yàn)的修正方法。尤其是在測(cè)量整個(gè)翼型模型氣動(dòng)力的測(cè)力試驗(yàn)中，洞壁對(duì)模型外側(cè)表面流動(dòng)影響非常大，沒有洞壁干擾修正的試驗(yàn)數(shù)據(jù)給結(jié)果分析帶來較大的不確定性。

對(duì)于飛行器、翼型模型的低速靜態(tài)氣動(dòng)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的風(fēng)洞洞壁干擾，試驗(yàn)修正法主要包括三種，分別是單模型大小風(fēng)洞對(duì)比法、多模型單風(fēng)洞外推法和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類推法。

對(duì)于單模型大小風(fēng)洞對(duì)比法，使用同一風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诖笮〔煌叽绲娘L(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)，通常要求該模型在大風(fēng)洞中阻塞度不大于0.1％，即認(rèn)為大風(fēng)洞中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是無洞壁干擾的數(shù)據(jù)，由大小風(fēng)洞的對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出該模型在小風(fēng)洞中試驗(yàn)的洞壁干擾量，用此量估算小風(fēng)洞試驗(yàn)的洞壁干擾效應(yīng)。但該試驗(yàn)修正法的試驗(yàn)工作量很大，在常規(guī)試驗(yàn)中很少使用。

對(duì)于多模型單風(fēng)洞外推法，用一組大、小不同的幾何相似模型在同一風(fēng)洞中進(jìn)行相同馬赫數(shù)和雷諾數(shù)的試驗(yàn)。將試驗(yàn)空氣動(dòng)力數(shù)據(jù)按模型大小進(jìn)行外插，得到模型幾何尺寸為零的空氣動(dòng)力數(shù)據(jù)，即無洞壁干擾數(shù)據(jù)。

對(duì)于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類推法，對(duì)于一些已積累了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的老風(fēng)洞而言，可以從已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相應(yīng)型號(hào)試飛數(shù)據(jù)及大風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比中統(tǒng)計(jì)出一些典型模型在本風(fēng)洞中做試驗(yàn)時(shí)的洞壁干擾規(guī)律。今后進(jìn)行類似模型的風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，可以直接套用相似的典型模型洞壁干擾修正規(guī)律，不必另外做專門的洞壁干擾試驗(yàn)。這種方法屬于經(jīng)驗(yàn)法，且數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作較復(fù)雜，僅限于某些經(jīng)驗(yàn)豐富的風(fēng)洞使用。

另外，國(guó)內(nèi)外目前常用的靜態(tài)試驗(yàn)洞壁干擾修正方法有經(jīng)典映像法、Maskell法或有限基本解法(即渦格法)。但是經(jīng)典映像法只適合于低速實(shí)壁風(fēng)洞小攻角、無嚴(yán)重氣流分離現(xiàn)象的常規(guī)外形模型試驗(yàn)；Maskell法雖然對(duì)伴有嚴(yán)重分離的大攻角情況進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了尾跡阻塞干擾，但是對(duì)較大的攻角，特別是分離渦流出現(xiàn)時(shí)，仍不能提供準(zhǔn)確的洞壁干擾數(shù)據(jù)；有限基本解法對(duì)大攻角、大分離流模型試驗(yàn)的修正誤差很大。

隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，CFD數(shù)值模擬也用于風(fēng)洞試驗(yàn)的洞壁干擾修正研究。該方法需要用CFD數(shù)值模擬的方法來計(jì)算存在洞壁和不存在洞壁兩種情況下的流場(chǎng)信息，兩者的差值即為風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的洞壁干擾修正量。目前，常用的CFD數(shù)值模擬的方法有雷諾平均NS方程(RANS)、大渦模擬(LES)和直接數(shù)值模擬(DES)。RANS方法和LES方法相比較有限基本解法而言，網(wǎng)格稍復(fù)雜，網(wǎng)格量略大，計(jì)算周期也較長(zhǎng)，但是這兩種方法對(duì)于各種復(fù)雜流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果精確度較高，均可以對(duì)大攻角、大分離流模型進(jìn)行洞壁干擾修正。DES方法雖然計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，但是由于一般計(jì)算洞壁干擾需要模擬風(fēng)洞洞壁的網(wǎng)格，而試驗(yàn)時(shí)的風(fēng)洞尺寸較大，用DES方法模擬時(shí)的網(wǎng)格量會(huì)很大，導(dǎo)致計(jì)算量巨大，目前很少應(yīng)用到洞壁干擾修正中。