俯仰阻尼导数分量的CFD数值模拟

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1、2015年2月北京航空航天大学学报February2015第41卷第2期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．2http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0094俯仰阻尼导数分量的CFD数值模拟席柯1，阎超“，黄宇1，王文1，袁武2(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191；2．中国科学院计算机网络信息中心，北京100190)摘要：提出一种直

2、接求解直接阻尼导数的方法，该方法不仅适用于轴对称外形，也适用于非轴对称外形．数值模拟飞行器的非定常强迫沉浮运动和强迫角振动，并在Etkin的非定常气动力模型基础上，辨识得到飞行器的洗流时差导数和俯仰阻尼导数，研究飞行器俯仰通道各阻尼导数的数值计算方法．对弹道外形和基本带翼导弹标模外形及Hyflex升力体外形进行研究分析表明，将阻尼导数分量相加得到的俯仰阻尼导数与直接求解强迫角振动得到的俯仰阻尼导数与试验结果吻合很好，各阻尼导数分量随质心位置的变化趋势也与理论预测相符．对于带翼飞行器，超声速条件下，洗流时差导数在俯仰阻尼导数中占主导作用．关键词：计

3、算流体力学；数值模拟；直接阻尼导数；洗流时差导数；俯仰阻尼导数中图分类号：V221+．3文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)02-0222-06飞行器动态稳定性导数(工程上常称为“动导数”)是飞行器动态气动特性设计、弹道设计及动态稳定性分析中的关键参数．动导数是分析飞行器动态品质和设计操控系统的原始气动数据，动导数的准确评估对飞行器设计和飞行都有重要的意义．传统上，采用绕定轴俯仰振动(强迫振动或自由振动)方法得到的是俯仰阻尼导数的组合形式c。+c。；，即直接阻尼导数(或称旋转导数)c。。和洗流时差导数(或称加速度导数)c。；的组

4、合．传统位势流理论认为：时差导数在组合导数中所占的比例较小，采用c。。+C。；代替C。。误差不大．但是，特别是随着现代科技的进步和战争需求的升级，出现了具有大迎角、超机动飞行能力的飞行器，其外形设计及运动方式都比传统飞行器复杂，流动的非线性及非定常性也更强．上述结论不一定成立，比如大升力体飞行器的时差导数在组合导数中所占比例较大⋯(可达40％～50％)，并且实际飞行中，飞行器的俯仰角速度和迎角变化率并不总是相等，因此需要分别确定组合导数的各个分量．目前风洞试验及计算对俯仰阻尼导数分量的研究并不多．一般风洞提供的是直匀流，不能进行直接阻尼导数c。。

5、的试验．国内，任玉新心1求解流动控制方程的敏感性方程，直接得到阻尼导数的各个分量，并研究了减缩频率的影响，刘伟等人¨。采用强迫沉浮运动形式，数值模拟了高超声速返回舱及弹道外形(HBS)的加速度导数，研究指出在组合导数小于零的情况下，加速度导数的符号可能大于零，起负阻尼作用，属于动不稳定情况．孙海生H1在低速风洞中进行了加速度导数的试验，指出在Ot<30。范围内，加速度导数大约是组合导数的30％～50％．国外，美国ARL(ArmyResearchLaboratory)的Weinacht”刮及英国的Qin等人¨。采用定常方法求解锥转运动及螺旋运动，获

6、得了ANSR(Army—NavySpinnerRocket)和裙状收稿日期：2014-03-05；录用日期：2014-04·22；网络出版时间：2014-05-2209：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／lO．13700／j．bh．1001-5965．2014．0094．html基金项目：国家973计划资助项目(2009CB724104)作者简介：席柯(1986一)，男，河南南阳人，博士生，cauchy86@163．corn+通讯作者：阎超(1962一)，男，江苏邳州人，教授，yanchao@buaa．edu．cn，主

7、要研究方向为空气动力学、计算流体力学引用格式：席橱，阉超，黄字，等．俯铆阻尼导数分量的CFD数值模拟【

8、]．北京航空航天大学学报，2015，41(2)：222—227．ⅪK。YanC，HuangY。eta1．Numericalsimulationofindividualcomponentsofpitch-dampingcoefficientsumEJ]．JoumalofBei-ringUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41f2)：222—227(inChinese)．第2期席柯，等：俯仰阻尼导

9、数分量的CFD数值模拟223发射体的直接阻尼导数c。。及时差导数c。；，但该方法只适用于轴对称外形．本文结合计算流体力学(CFD)技术开