F12全机动态特性数值模拟

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1、第４５卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２２０１５年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１５Ｆ１２全机动态特性数值模拟张一帆，李中武，姚冰，李立（中航工业西安航空计算技术研究所气动数值模拟航空科技重点实验室，陕西西安７１００６８）摘要：采用非定常正弦振荡和准定常旋转坐标系两种数值模拟方法，对Ｆ１２全机模型三个攻角进行动态特性数值模拟，得到飞行器的纵向组合动导数和阻尼动导数，计算结果与试验数据对比具有良好的一致性，同时用无粘和粘性两种计算方程进行准定常旋转坐标系模拟，计算结果一致，表明两种数值模拟方法准确性高，计算速度快，可为设计提供快速可信

2、的数据支持。关键词：非定常正弦振荡；准定常旋转坐标系；组合动导数；阻尼动导数中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０２-００２２-０４DynamicDerivativeSimulationofF１２AircraftConfigurationＺＨＡＮＧＹｉ-ｆａｎ，ＬＩＺｈｏｎｇ-ｗｕ，ＹＡＯＢｉｎｇ，ＬＩＬｉ（Xi′anAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，AVIC，Xi′an７１００６８，China）Abstract：Ｔｗｏｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｉｅｓｏｆ

3、ｔｈｅｕｎｓｔｅａｄｙｆｏｒｃｅｄｐｉｔｃｈｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｑｕａｓｉ-ｓｔｅａｄｙｒｏｔａｔｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅａｒｅｕｓｅｄｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇＤＬＲ-ｆ１２ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｕｎｓｔｅａｄｙｄｙｎａｍｉｃｄｅｒｉｖａｔｉｖｅａｎｄｔｈｅｄａｍｐｉｎｇｄｅｒｉｖａｔｉｖｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ；ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａ．Ｍｅａｎ－ｗｈｉｌｅＥｕｌｅｒａｎｄＮａｖｉｅｓ-Ｓｔｏｋｅｓｑｕａｓｉ-ｓｔｅａｄｙｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｔｈｅｖｉｓｃｏｕｓｅｆｆｅｃｔｓａ

4、ｒｅｎｏｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｔｗｏｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｈｅｒｅｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｆｅａｓｉｂｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｓａｇｕｉｄａｎｃｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓ．Keywords：ｕｎｓｔｅａｄｙｆｏｒｃｅｄｐｉｔｃｈｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ；ｑｕａｓｉ-ｓｔｅａｄｙｒｏｔａｔｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅ；ｕｎｓｔｅａｄｙｄｙｎａｍｉｃｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ；ｄａｍｐｉｎｇｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ引言身－尾翼的亚音速Ｆ１２全机模型为验证算例，通过

5、这两种方法的验证确认研究，证明本文所用的两种数值飞机动导数是确定飞机动态稳定性的重要指标，模拟方法准确度和计算效率较高，可为工程应用提供为飞机动态品质、控制系统和导引系统分析、计算、设了准确可信的数据支持。计提供必需的数据支持。目前，动导数预测有风洞实验、半经验理论工程计算方法以及自由飞三种方法。风洞实验费用高昂，同时存在支架的干扰；半经验理论１动态气动力建模工程计算方法没有考虑气流分离等强非线性情况，可动态气动力模型是动稳定性研究的出发基础，本能造成较大误差；自由飞实验没有支架干扰，但实验振文采用线性模型，将动态气动力模型作线性假设处理，动周期少，且纵向和横侧运动互相干扰不易分清。

6、随沿用导数的概念，将动态气动力进行泰勒级数展开，保着计算机和计算流体力学的发展，采用计算流体力学留线性部分，对非线性高阶项省略。建模以俯仰单自数值预测飞行器的动导数已经成为一个重要研究方由度运动为例。向，数值模拟有容易实现各种模拟运动形式，没有支架根据Ｅｔｋｉｎ经典动态气动力模型，有：和洞壁干扰，可以全尺寸计算，同时运行费用较低等Cm（t）＝Cm［α（t），α（.t），α（¨t），…，q（t），q.（t），…］（１）优点。其在攻角α０处作泰勒展开，可得到：本文采用非定常正弦振荡和准定常旋转坐标系两CmCmCm・Cm＝Cm０＋θ＋＋θ＋…（２）种数值模拟方法获得飞行器的动导数，选取机翼

7、－机αα.０q０收稿日期：２０１４－１１－２８修订日期：２０１５－０２－１０基金项目：国家８６３计划项目资助（２０１２ＡＡ０１Ａ３０４）作者简介：张一帆（１９８４－），女，河南新密人，工程师，主要研究方向为计算流体力学。２０１５年３月张一帆等：Ｆ１２全机动态特性数值模拟・・３２・Cm这里θ＝α－α０，q＝α＝θ.，下标“０”表示在攻角处取・A０ｓｉｎ（kt）（５）值。α０为平衡攻角。式中（Cmα）０为α０处的俯仰静导θ０数，（Cmα.＋Cmq）０为α０处的