高机动飞行器气动/运动耦合特性数值模拟研究

发布时间：2021-05-06 08:22

　　现代先进飞行器在大迎角、高机动飞行中,非定常绕流与运动之间常常会出现强烈的非线性耦合效应,从而可能诱发非指令的自激运动,导致飞行失控,危及飞行安全。传统的采用常规风洞试验及计算流体力学方法建立的准定常数据库和气动力模型在小迎角、附着流的研究中应用较多,也基本能够满足型号研制需求;但对于大迎角高机动飞行状态,将难以准确预测非定常气动力和姿态的快速变化,需要在飞行器设计后期开展大量的飞行试验,发现问题并修正前期设计方案,这样将导致设计周期延长、研制费用增加,同时也增大了事故风险。近年来,出现了风洞虚拟飞行试验技术和气动/运动一体化数值计算技术,其共同特点是能够在地面尽可能地模拟飞行器的真实飞行过程,实现空气动力学/飞行力学/飞行控制的集成验证,以填补风洞试验与飞行试验之间的鸿沟。通过将基于风洞的虚拟飞行试验技术和耦合气动/运动的一体化数值模拟技术有效结合运用,将有望在飞行器设计初期阶段对气动外形、结构强度和控制系统进行更加全面的评估,减少后期飞行试验的次数,对加快航空武器的研发进度,降低研制成本,规避事故风险有着重大的意义。本文首先阐述了气动/运动及集成飞行控制律的一体化计算方法,随后针对... 

【文章来源】：中国空气动力研究与发展中心四川省

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
    §1.1 研究背景与意义
    §1.2 国内外研究进展
        §1.2.1 风洞虚拟飞行试验技术
        §1.2.2 耦合气动/运动/控制的一体化数值模拟技术
    §1.3 本文研究工作
第二章 数值计算方法
    §2.1 非定常流场计算方法
        §2.1.1 流场控制方程
        §2.1.2 有限体积离散
        §2.1.3 空间离散与计算格式
        §2.1.4 时间离散
        §2.1.5 边界条件
        §2.1.6 湍流模型
        §2.1.7 DES和DDES方法
        §2.1.8 气动系数
        §2.1.9 其他方法
    §2.2 飞行力学方程计算方法
        §2.2.1 坐标系与姿态角定义
        §2.2.2 飞行力学方程
        §2.2.3 Adams预估-校正方法
    §2.3 气动/运动耦合策略
    §2.4 动态网格方法
        §2.4.1 刚性动网格技术
        §2.4.2 基于超限插值的局部变形动网格方法
    §2.5 一体化计算流程及耦合过程的程序实现
第三章 数值方法验证
    §3.1 平板边界层流动
        §3.1.1 层流平板边界层流动
        §3.1.2 湍流平板边界层流动
    §3.2 RAE2822翼型跨声速流动
    §3.3 窄条翼导弹纵向气动特性及舵效模拟
    §3.4 NACA0012翼型俯仰振荡
    §3.5 NACA0015翼型深失速分离涡模拟
    §3.6 带翼导弹标模动稳定性预测
    §3.7 本章小结
第四章 导弹纵向机动中的气动/运动耦合问题
    §4.1 2.4 米跨声速风洞虚拟飞行试验技术简介
        §4.1.1 试验风洞
        §4.1.2 虚拟飞行试验平台
        §4.1.3 试验模型
        §4.1.4 试验方法
    §4.2 开环控制单自由度俯仰运动状态计算
    §4.3 闭环控制单自由度俯仰运动状态计算
        §4.3.1 姿态角闭环控制
        §4.3.2 加速度闭环
    §4.4 导弹滚转失稳对纵向控制效果的影响研究
        §4.4.1 滚转无控的多自由度耦合运动
        §4.4.2 解耦控制方法
    §4.5 本章小结
第五章 DDES方法在一体化计算中的应用
    §5.1 DES类方法的应用初探
    §5.2 计算模型与网格
    §5.3 典型状态计算结果与分析
        §5.3.1 大迎角非定常流动数值模拟
        §5.3.2 翼/体摇滚数值模拟
    §5.4 翼体摇滚的流动机理分析
    §5.5 本章小结
第六章 结论与展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟飞行中气动、运动和控制耦合的数值模拟技术[J]. 张来平,马戎,常兴华,赵钟,赫新.  力学进展. 2014(00)
[2]高机动飞行器非指令运动及其控制的研究进展[J]. 邓学蓥,竹军,王延奎,马宝峰.  力学与实践. 2012(03)
[3]基于预估校正和嵌套网格的虚拟飞行数值模拟[J]. 达兴亚,陶洋,赵忠良.  航空学报. 2012(06)
[4]80°后掠三角翼强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性数值研究[J]. 杨小亮,刘伟,赵云飞,刘君.  空气动力学学报. 2011(04)
[5]返回舱动态稳定性分析及被动控制方法研究[J]. 刘伟,赵海洋,杨小亮.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2010(09)
[6]基于CFD的方形截面导弹纵向虚拟飞行模拟[J]. 陶洋,范召林,吴继飞.  力学学报. 2010(02)
[7]风洞虚拟飞行试验技术初步研究[J]. 胡静,李潜.  实验流体力学. 2010(01)
[8]空空导弹近距格斗发射技术与攻击方式发展[J]. 刘纪文,刘琰.  航空科学技术. 2008(03)
[9]细长三角翼滚转/侧滑耦合运动的数值研究[J]. 杨云军,崔尔杰,周伟江.  航空学报. 2007(01)
[10]后掠三角翼的摇滚及其动态演化问题[J]. 张涵信,刘伟,谢昱飞,叶友达.  空气动力学学报. 2006(01)

博士论文
[1]风洞虚拟飞行试验相似准则和模拟方法研究[D]. 李浩.中国空气动力研究与发展中心 2012

硕士论文
[1]飞行器俯仰运动及其舵面控制数值模拟研究[D]. 陈琦.中国空气动力研究与发展中心 2009



本文编号：3171593