不确定气动载荷计算的区间分析方法

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1、2013年4月北京航空航天大学学报April2013第39卷第4期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．39No．4不确定气动载荷计算的区间分析方法黄仁邱志平(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：研究微小型飞行器在大气飞行时受到连续阵风干扰后气动升力的预测问题，考虑VODKarman谱参数的不确定性，将其用区间向量定量化，基于区问扩张理论和Taylor级数展开，并结合非定常气动力理论，提出了一种考虑飞行环境不确定性的非定常气动载荷计算的区间分析方法．该方法只需要知道不确定参数所在范围

2、的界限，而不需要其他概率信息，为解决不确定气动载荷计算这种复杂问题提供了一个途径．通过数值算例，将区间分析方法与概率方法的结果进行了比较，显示了区间分析方法是可行并有效的．关键词：不确定性；气动载荷；连续阵风；区间分析中图分类号：V211．4文献标识码：A文章编号：1001-5965(2013)04-0525-06IntervalanalysismethodforuncertainaerodynamicloadscomputationHuangRenQiuZhiping(SchoolofAeronauticScienceandEngineering。BeijingUniversity

3、ofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Theaerodynamicliftpredictionproblemofmicroairvehiclesinatmosphereduetocontinuousgustwasstudied．TheuncertainyonKarmanspectrumparameterswereexpressedintheintervalforms．Takingintoaccounttheuncertainflightcondition，anintervalanalysismethodwa

4、sproposedtocalculatetheuncertainunsteadyaerodynamicloads．TheintervalanalysismethodwasbasedonintervalextensionandTaylorseriesexpansion，whichwerecombinedwithunsteadyaerodynamicprinciple．TheproposedmethodcanbeusedtOestimatetheintervalsofaerodynamicloads，requiringtheintervalsofuncertaintiesonly，hen

5、cecanbeusedtosolvecomplexaerodynamicloadscomputationproblemswithuncertainties．Numericalexampledemonstratesthefeasibilityandefficiencyofintervalanalysismethodbycomparingitsresultswithprobabilistiemethod．Keywords：uncertainty；aerodynamicload；continuousgust；intervalanalysis在航空航天等复杂工程系统设计过程中，不确定性的影响

6、越来越受到重视，载荷不确定性是其中一个重要的不确定因素¨‘21．在传统的不确定性设计中，通常将载荷假定为一个不确定参数"1或者对确定性载荷进行修正。41，但这样得到的气动载荷依然与真实载荷有较大的差异，因此，需要准确地预测不确定因素对气动载荷的影响，不确定性空气动力学已经发展成为一种有效的手段"J．文献[6]概述了在计算流体力学中考虑不确定性的必要性，其中主要考虑操作条件和飞行环境的不确定性．大气扰动对飞行环境的影响始终是飞行器设计和使用中一个令人关心的问题‘7o．对于目前快速发展的微小型飞行器(MAV，MicroAirVehi—cles)，其飞行高度较低，飞行环境复杂多变，连续紊流

7、和离散阵风对其飞行的影响更加显著．由于MAV的尺寸较小，运动变化较快，通过准定常气动力模型得不到准确的气动力，因此需要采用非收稿日期：2012-05-27；网络出版时问：2012—11-2815：05网络出版地址：wwef．cnki．net／kcms／delail／11．2625．V．20121128。1505．001，blm】基金项目：国防基础科研计划资助(A2120110001，B2120110011)；高等学校学科创新引智计划项目(B07009)；国