面向复杂构型飞机的非定常气动力建模与辨识.pdf

《面向复杂构型飞机的非定常气动力建模与辨识.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252016V01．37No．82464—2471ISSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．educrlhkxb@buaa．edu．cn面向复杂构型飞机的非定常气动力建模与辨识杨文，卜忱*，眭建军，尚祖铭中航工业空气动力研究院气动发展部，哈尔滨150001摘要：不论是现代高机动隐身战斗机的设计需求还是常规布局飞机的飞行动力学分析，深入研究大迎角飞行时的非线性非定常气动力模型都极其重要。基于纵向运动小振幅及大振幅强迫

2、振荡试验数据，分析了常规稳定导数模型的准确性，并从导数模型出发发展了简化涡流和分离流时间迟滞效应的非定常气动力线性模型和非线性模型，最后应用风洞典型机动历程模拟试验验证了模型的有效性。结果表明：对于复杂构型高机动飞机模型，发展并改进的非线性微分方程模型可以准确预测飞机不同机动下的非定常气动力特性，具有较强的工程可行性。关键词：大迎角；非定常气动力；时间迟滞；微分方程；典型机动中图分类号：V212．1文献标识码：A文章编号：10006893(2016)08—246408在大气飞行力学中，确定并描述作用在飞机上的气动力及力矩是一项非常重要的

3、任务，而将飞行力学与其他力学分支区分开来的正是其中的气动力部分。严格地来讲，气动力及力矩都是飞行状态变量的泛函。大量的试验结果表明[1。3]，他们不仅仅与这些飞行状态变量的瞬时值有关，还与这些变量在运动过程中的整个时间历程相关。实际应用中，仅采用这些变量及其导数的函数表征气动力及力矩，并拓展至关于这些变量的泰勒展开式。然而，如果将来要配备有多重控制器并具备大迎角区域、高机动性的战斗机，那么在飞行动力学分析及控制律设计中，就要求足够准确的非定常气动力模型。即使对于正常布局的飞机，在其大迎角飞行条件下准确预测其非定常气动力也是非常必要的。相

4、对于数值模拟方法，基于风洞试验数据建立非定常气动力模型仍然是目前非定常气动力建模研究的主要手段。目前大迎角非定常气动力建模方法中国内外研究最多的主要有两大类：一类是基于飞机表面流动机理确定的非定常气动力和运动状态变量的数学关系表达式，如稳定导数模型‘41及其扩展的多项式模型[5]、阶跃响应函数模型‘6。73及其简化模型嘲、状态空间模型[9。1妇和非线性微分方程模型口2。141等；另一类是避开复杂的物理机理直接采用诸如模糊逻辑[15。16]、神经网络[17]及模糊神经口81等纯数学的方法进行非线性代数拟合建模。然而，目前在实际的飞行动力学

5、分析及飞行控制工程应用中仍然采用稳定导数模型，而上述关于气动力建模的研究还主要是集中在方法上，很少有人评价传统导数模型表达式的准确性，更谈不上在此基础上发展大迎角非定常气动力模型。其次，许多建模方法的介绍中，仅仅涉及到诸如大后掠三角翼等布局的气动力建模研究，而且很少应用机动历程试验验证模型的有效性。实际的研究发现，在工程中小展弦比复杂构型飞机的收稿日期：2016—01．25；退修日期：2016—02—15；录用日期：2016—03—14；网络出版时间：2016—04-0611：39网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／deta

6、il／111929V．20160406．1139．004htmI*通讯作者Tel：0451—87571476E-mail：buchen1975@126．com引用格武：杨文，h忱，哇建军．等面向复杂构型-C机的非定常气动力建模与辨识iJj．航空学报，2016，37(8)：2464-2471YANGW，BUC，SUIJJ，eta1．Unsteadyaerodynamicmodelingandidentificationforacomplicatedaircraftconfiguration￡以．ActaAeronauticaetAstro

7、nauticaSinica．2016．37(8)：2464—2471．杨文，等：面向复杂构型飞机的非定常气动力建模与辨识气动力建模通常需要对模型结构进行修正并对辨识算法进行改进。本文n21基于Goman提出的微分方程模型基本结构形式，从分析常规稳定导数模型的准确性出发，发展并改进了同时适用于某小展弦比复杂构型动态标模小振幅和大振幅运动的非定常气动力微分方程模型，最后应用在FL一8低速风洞中完成的尾冲机动[1叼模拟试验验证非线性微分方程模型的有效性和适用性。1稳定导数模型尽管动导数与频率相关性很强，但在实际应用中，大迎角区域的气动力模型仍

8、然沿用式(1)所表达的常规导数模型：Ci—C_(口)+C自(a，oa)寿+C面(口，oa)寿+C莳(a，叫)艿(1)式中：a为迎角；叫为减缩频率；q为俯仰角速度；f为平均气动弦长；V为风速；艿为舵面偏角；C