高机动飞行器气动运动耦合特性数值模拟研究

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4、：赵忠良研究员副导师：李浩副研究员学科专业：飞行器设计研究方向：飞行器非定常空气动力学中国空气动力研究与发展中心研究生部二零一五年六月NumericalInvestigationofAerodynamicsandFlightDynamicsCouplingforFlightVehiclewithHighManeuverabilityByWANG,XiaobingAthesissubmittedtotheGraduateFacultyofChinaAerodynamicsResearchandDevelopmentCenter

5、fortheDegreeofMasterinVehicleDesignAcademicAdvisorsZHAO,ZhongliangLI,HaoChinaAerodynamicsResearchandDevelopmentCenterGraduateSchoolJune2015硕士学位论文高机动飞行器气动/运动耦合特性数值模拟研究摘要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

6、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

7、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，随后针对典型高机动飞行器的气动/运动耦合问题，开展了数值模拟研究，发现了某高机动导弹在俯仰机动过程中存在滚转耦合运动现象，通过采用滚转优先控制策略实现了纵、横向的解耦控制，保证了姿态稳定，取得了与风洞虚拟飞行试验一致的研究结果，表明计算方法达到了气动/运动/控制

8、一体化数值模拟的目的。全文共分为六章，各章的主要内容为：第一章介绍了本文的研究背景，并针对基于风洞的虚拟飞行试验技术和气动/运动一体化数值模拟技术，简述了国内外的相关研究进展，最后介绍了本文的研究工作。第二章介绍了本文所采用的数值计算方法，包括非定常流场计算、飞行力学方程求解和两者的耦合策