人员离机轨迹数值模拟及快速预测研究

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1、第5卷第2期2014年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．5No．2Mav2014文章编号：1674—8190(2014)02—220—07人员离机轨迹数值模拟及快速预测研究刘晓宇1，桑为民1，鲁天1，郗超2(1．西北工业大学航空学院，西安710072)(2．中国飞行试验研究院飞机所，西安710089)摘要：离机轨迹研究在分析外挂物分离、导弹投放以及人员空中脱离过程等方面有着重要的参考意义。运用动态嵌套网格技术，通过CFD方法来模拟人员空中离机后的运动轨

2、迹。提出一套基于本征正交分解(POD)方法的人员离机轨迹快速预测算法。将CFD数值模拟得出的离机轨迹作为样本，以飞行马赫数和攻角双参数变化为例，详细介绍POD方法预测离机轨迹的实现步骤。结果表明：POD方法相对于CFD方法可以大大减少计算时间，并且POD预测结果与CFD方法得到的结果吻合较好，为离机轨迹预测在工程应用上提供了一种快速简便的方法。关键词：POD；离机轨迹；CFD；N—S方程；快速预测中图分类号：V211．3文献标识码：ANumericalSimulationandQuickPredictionofMen’SSep

3、arationTrajectoryLiuXiaoyul，SangWeiminl，LuTianl，XiCha02(1．SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)(2．AircraftDepartment，ChineseFlightTestEstablishment，Xi’an710089，China)Abstract：Separationtrajectoryresearchhasanimportantreferenceval

4、uetoanalysetheprocessofstoresepara—tion，missilelaunchandpeopleseparatefromtheaircraft．UsingthedynamicnestedgridandtheCFDmethod，theseparationtrajectoryissimulated．Topredictthetrajectoryoftheobjectfromtheairplane，anumericalsim—ulationprogrambasedontheproperorthogonald

5、ecomposition(POD)methodisestablished．UsingtheCFDsimulationtrajectoryassamples，changingtheflightMachnumberandtheangleofattackasanexample，theimplementationstepsofthePODmethodareintroducedtopredictthetrajectoryfromtheairplane．Resultsshowthatbasedontheexistingsampledata

6、，thePODmethodrelativetotheCFDmethodcangreatlyreducethecomputationtime，andtheresultsobtainedbythePODarewellagreewiththeresultsfromCFDmethod．PODmethodprovidesaquickeasypredictionfortheseparationtrajectoryinengineeringapplications．Keywords：POD；separationtrajectory；CFD；

7、N—Sequation；quickprediction0引言离机轨迹是指飞机上的某个物体在脱离机体后相对于机身参考系下的移动轨迹。离机轨迹的计算具有重要的意义，其在分析外挂物分离、导弹收稿日期：2013—10—15；修回日期：2013—11—30通信作者：刘晓宇，liufish6345@hotmail．colrl投放以及人员空中脱离等方面具有重要的参考价值。传统的研究方法主要有风洞实验和飞行试验，二者都能够比较真实模拟物体的离机轨迹，但是成本代价非常高。特别是飞行试验，需要冒着巨大的安全风险。随着计算科学和计算机技术的发展，数

8、值模拟方法以其在经济成本上的巨大优势，已逐渐成为模拟物体离机轨迹的重要手段。研究物体离机过程可以简单描述如下L1。3J：给定脱离物体的初始状态，生成网格，求解该状态下第2期刘晓宇等：人员离机轨迹数值模拟及快速预测研究221的流场得出物体的气动力参数，根据物体的气动力参数，求解