[发明专利]一种基于二次降阶的带操纵面机翼非定常气动力模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器气动弹性试验技术领域，具体为一种基于二次降阶的带操纵面机翼非定常气动力模拟方法，主要用于地面颤振试验，通过面样条插值降阶和等效降阶方法对带操纵面机翼的非定常气动力模型进行两次降阶，将机翼上分布的非定常气动力通过气动力降阶，等效到有限个加载点处的激振器上。

背景技术

对于每一种新型号的飞机，其颤振速度的获取是必不可少的。地面颤振试验作为一种新兴的颤振研究手段，是将机翼上分布的非定常气动力首先按照气动力降阶的思想，等效为有限个加载点处的非定常气动力，再用激振器在这些加载点处对机翼进行激励，激振器的输出力就是等效后的气动力，而这些集中的非定常气动力是根据机翼上若干个拾振点处的响应（位移、速度、加速度）按照气动力降阶方法计算后得到的。该试验可直接对真实结构进行颤振试验，并通过激振器来模拟给定速度下的气动力，在试验中就可以观察到真实结构的颤振，进而得到颤振速度。

从公开的文献可看到，地面颤振试验最新的研究进展是：在AIAA2011-1942编号文献“GVT-based ground flutter test without wind tunnel”中Zeng等公开了一种对矩形平板和长直机翼的地面颤振试验方法；在SCIENCE CHINA Technological Sciences 2012,55(9):2482-2488的文献“Studies on Aeroservoelasticity Semi-physical Simulation Test for Missiles”中，吴志刚等在考虑了飞行控制系统基础上，针对导弹模型公开了一种气动伺服弹性半物理仿真试验方法。

这些公开的地面颤振试验技术中，主要都是对不带操纵面的机翼气动力降阶建模的研究，而对带操纵面的三元机翼的非定常气动力降阶建模和地面颤振试验尚无相关研究。

发明内容

要解决的技术问题

在地面颤振试验中，通过激振器输出的激振力来模拟分布式的气动力。理论上讲，无论是为了更精确地描述气动面上分布式的气动力，还是多部件试验（如全机试验）的需要，我们都希望使用更多的激振器。但为了保证激振力的准确加载，需进行激振力控制系统的设计，如果激振器数目过多，激振力控制系统的设计难度将大大增加，尤其是在操纵面上，激振器的数目往往有很大的限制。因此在实际颤振试验中，希望在满足试验精度的前提下，尽量减少气动力的阶数（这样，对应的激振器的数目就会相应减少）。

为此，本发明提出了一种基于二次降阶的带操纵面机翼非定常气动力模拟方法，对带操纵面机翼的非定常气动力进行二次降阶，在得到合理的气动力模型的同时，降低激振力控制系统设计的难度。

技术方案

本发明提出的基于二次降阶的带操纵面机翼非定常气动力模拟方法，首先通过面样条插值方法（AIAA 2011-1942编号文献“GVT-based ground futter test without wind tunnel”中公开），分别确定主翼面、操纵面上激振点和拾振点的位置，进而得到相应的频域降阶气动力模型，采用最小状态法（Journal of Aircraft,Vol.19,March 1982,pp.221-227中的文献“Design for Active Flutter Suppression and Gust Alleviation Using State-Space Aeroelastic Modeling”公开）进行频域降阶气动力模型从频域到时域的转换，获得初步气动力降阶模型。为进一步减少操纵面上所需激振器的个数，以操纵面气动力、铰链力矩等效为前提，将操纵面上多处激振点的力等效到两个激振点上。同时，为了得到较优的等效结果，在优选方案中，以二次气动力降阶前后对应结构的动态气动弹性响应差异最小为目标函数，采用优化算法进行了二次气动力降阶激振点位置优化。

本发明的技术方案为：

所述一种基于二次降阶的带操纵面机翼非定常气动力模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立带操纵面机翼的网格模型，采用面样条插值方法分别确定带操纵面机翼中的主机翼和操纵面上的激振点和拾振点的位置，并得到带操纵面机翼的频域降阶气动力模型；采用最小状态法将频域降阶气动力模型转换到时域空间，得到带操纵面机翼的初步时域气动力降阶模型；所述带操纵面机翼的初步时域气动力降阶模型分为主机翼的初步时域气动力降阶模型和操纵面的初步时域气动力降阶模型；