[發明專利]一種基于任意多項式混沌展開的螺旋槳滑流效應不確定度獲取方法

在審

• 申請號: 202111521437.6
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114330159A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李耀;司海青;吳曉軍;張培紅;趙煒;李根;左玲玉;仇靜軒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

一種基于任意多項式混沌展開的螺旋槳滑流效應不確定度獲取方法。先對螺旋槳飛機飛行過程中的不確定性變量各階矩進行統計；構造各階多項式的基，并對飛行數據中不確定性變量進行拉丁超立方抽樣；根據CFD仿真得到對應抽樣點處的系統響應；通過最小二乘法計算多項式系數從而得到系統響應的多項式函數；判斷多項式最高階數是否足夠，混沌多項式對系統的擬合優度是否滿足要求；將不確定性變量對應的飛行數據采集點作為輸入，得到系統隨機響應面；最后通過數理統計方法得到不確定性變量引起的系統響應的概率分布。本發明定量估計出螺旋槳飛機飛行參數的不確定性對滑流的影響，進而，在飛行參數概率分布未知的情況下仍可得到滑流不確定性分布。

技術領域

本發明涉及螺旋槳效應不確定度分析領域，具體涉及一種基于任意多項式混沌展開的螺旋槳滑流效應不確定度的獲取方法。

背景技術

螺旋槳飛機至今已誕生100多年，因其操作簡單，起降性能好，制空時間長以及飛行成本低等特點，廣泛運用于飛行訓練，長時巡航以及特種作業領域，在運輸機領域有著不可替代的地位。然而螺旋槳飛機不可避免的會有滑流影響，螺旋槳滑流是一種非管道控制的流動，流場特性比較復雜，滑流掃過的部件，尤其是機翼和尾翼會受到非常強大的干擾，從而影響飛機整體的性能，因此研究螺旋槳滑流對于現代飛行器設計非常具有必要性。

現有的對于螺旋槳氣動特性的分析大多采用以下三種方法：理論方法，實驗方法以及數值模擬方法。理論方法雖然能夠快速地計算螺旋槳的氣動特性并且具有較高精度，但對于工程實踐中要求解的復雜結構的全機螺旋槳滑流問題難以解決，單純的理論計算很難滿足工程需要。而對于實驗方法，其結果是最接近實際工況的，但是研發成本過高，且設計周期長，很難作為現代飛行器設計的主要方法。因此，大多數研究都采用了數值模擬的方法，來提高飛行性能，減小研發成本和設計周期。這些方法在某種程度上都可以得到螺旋槳滑流效應對與飛行性能的影響程度，但是螺旋槳滑流效應的大小是受到諸多因素影響的，包括螺旋槳本身的結構，螺旋槳轉速以及飛行攻角等，這些因素在實際飛行過程中都是在不斷變化的，各個因素的不確定性對于滑流效應的影響很難量化。為此，諸多學者也提出了混沌多項式展開的方法來量化輸入變量的不確定性對系統的影響，包括嵌入多項式混沌以及非嵌入多項式混沌方法，這些方法都有一個共性，就是需要已知的輸入變量的概率分布，并且，概率分布需要滿足Askey法則，這就嚴重限制了多項式混沌方法的適用范圍。

發明內容

針對上述問題，本發明的通過現有的數值模擬基礎，結合多項式混沌展開技術，提出一種基于任意多項式混沌展開的螺旋槳滑流效應不確定度獲取方法，該方法可以研究多個不確定性因素對于螺旋槳滑流效應的影響，進而，本發明在飛行參數概率分布未知的情況下仍然可以得到滑流不確定性分布，為螺旋槳飛機的駕駛以及設計提供了重要的理論依據。

為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：

一種基于任意多項式混沌展開的螺旋槳滑流效應不確定度獲取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，對螺旋槳飛機飛行過程中的不確定性變量各階矩進行統計；

步驟2，構造各階多項式的基，確定矩階數；

步驟3，采用拉丁超立方抽樣法對飛行數據采集點進行抽樣，根據CFD仿真得到對應抽樣點處的系統響應；

步驟4，通過最小二乘法計算多項式系數從而得到系統響應的多項式函數；

步驟5，判斷多項式最高階數是否足夠，混沌多項式對系統的擬合優度是否滿足要求；

步驟6，根據不確定性變量的輸出結果得到系統隨機響應面，通過數理統計得到系統響應的概率分布；