稳定性导数计算方法研究

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1、第7卷第3期2016年8月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．7No．3Aug．2016文章编号：1674—8190(2016)03—355-07稳定性导数计算方法研究张瑞民，时晓天(中国航天空气动力技术研究院第二研究所，北京100074)摘要：稳定性导数的准确计算对于飞行器的操稳特性具有重要意义。应用计算流体力学(CFD)方法中的非结构化动网格技术建立能够模拟飞行器做周期性俯仰运动的强迫振荡法，以国际动导数标模Finner导弹为验证算例，获得不同马

2、赫数下俯仰力矩系数的迟滞环曲线，进而计算Finner导弹在不同马赫数下的静稳定性导数和动稳定性导数。结果表明：本文计算得到的俯仰静稳定性导数与试验数据非常接近；在亚音速和超音速范围内，动稳定性导数计算结果与试验值很接近，但在跨音速范围内，本文计算结果与试验曲线的规律性一致，但误差较大。关键词：稳定性；导数；导弹；动网格；俯仰振荡中图分类号：V211．3文献标识码：ADOI：10．16615／j．cnki．1674—8190．2016．03．014StudyofCalculatingStabilityDerivative

3、ZhangRuimin，ShiXiaotian(TheSecondResearchInstitute，ChinaAcademyofAerospaceAerodynamics，Bering100074，China)Abstract：Itisofsignificantimportancetocalculatethestabilityderivativeaccuratelyforstabilityandcontrolofanaircraft．Dynamicmeshtechnologyincomputationalfluidd

4、ynamics(CFD)areusedtOsimulateperiodicpitchingoscillationmotionofFinnermissilecirclingaroundafixedaxis．Thehysteresiscurveofpitchingmo—mentcoefficientforthebasicmodelFinnermissileiSobtainedatdifferentMachnumber．Thestaticanddynamicderivativesofthemissileindifferent

5、Machnumbersarecomputed．TheresultsshowthatthestaticderivativesareclosetOtestdataverymuch，andSOasthedynamicderivativesinsubsonicandsupersonicspeedrange．TheresultsintransonicspeedrangeisofasimilartendencytOtestdata，butwithabigerror．Keywords：stability；derivative；mis

6、sile；dynamicmesh；pitchingoscillation0引言现代飞机型号设计日趋复杂，飞行条件也越来越严酷，在高速、大攻角状态下，对于带翼的细长体飞行器而言，其阻尼导数对飞行器响应具有强烈的影响ll’2]，有效、精确的性能评估对所有的型号工程系统设计都至关重要。通常，通过飞行测试来确定新型导弹的气动性能，但现代型号的复杂性使得测试过程愈加复杂，且测试费用十分昂贵；有些型号甚至出现了极端的流场状况，即使风洞试验也无法收稿日期：2016-04—06；修回日期：2016-05—18通信作者：时晓天，xxts

7、hi@163．com实现，而且风洞试验还存在着系统机构阻尼、支架干扰、洞壁干扰及重心位置干扰等影响，使其无法满足未来的工程型号需求。CFD技术不仅消除了飞行测试和风洞试验所存在的物理条件限制，还在很大程度上节约了成本，避免了测试中的危险[3]。随着计算机性能的大幅提高和非定常数值模拟技术的飞速发展，对于飞行器稳定性导数的数值研究，国内外已经开展了大量工作。ZhangWeiwei等[43采用高效的当地活塞理论对超音速和高超音速下的无粘非定常压力载荷进行了预测；卢学成等[51将气动力工程算法推广到非定常气动力计算中，求解了

8、任意外形飞行器做强迫振荡运动的非定常气动力，并获得了该飞行器的动导数；刘溢浪等[6]采用基于定常CFD技术的航空工程进展第7卷当地活塞理论，发展了一种高效高精度的超音速、高超音速飞行器动导数的计算方法，并通过两个国际标准算例进行了对比验证；A．D．Ronch等[7蜘采用线性频域的谐波平衡法预测了飞行器的周期性非定常流动特性，使计算