[发明专利]一种弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度工程数值方法

权利要求书

1.一种弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度工程数值方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立气动面元模型和结构有限元模型，并计算气动面元模型和结构有限元模型间数据传递矩阵；

2)利用步骤1)的计算结果，计算刚性机翼单位副翼偏转角产生的滚转速率，通过以下公式实现：

式中，刚性机翼滚转速率为ω^r，β为副翼偏转角；

3)利用步骤1)的计算结果，计算弹性机翼单位副翼偏转角产生的驱动力矩，具体包括如下步骤：

31)在某一副翼偏转角下计算刚性机翼副翼偏转角产生的驱动力，将其作为初始气动载荷施加于结构有限元模型；

32)通过松耦合迭代的方式计算最终稳定的弹性变形和气动载荷，以及弹性变形状态下的驱动力矩；

33)获得弹性机翼单位副翼偏转角产生的驱动力矩；

4)利用步骤1)的计算结果，计算弹性机翼单位滚转速率产生的阻尼力矩，具体包括如下步骤：

41)在选定的滚转速率下计算刚性机翼滚转运动产生的阻尼力，将其作为初始气动载荷施加于结构有限元模型；

42)通过松耦合迭代的方式计算最终稳定的弹性变形和气动载荷，以及弹性变形状态下的阻尼力矩；

43)获得弹性机翼单位滚转速率产生的阻尼力矩；

5)根据步骤2)、3)、4)的计算结果，进行弹性机翼副翼舵面效率及其设计敏度的计算，通过以下公式实现：

式中，η为副翼舵面效率；ω^r,β为刚性机翼单位副翼偏转角产生的滚转速率；β为副翼偏转角；f_sezβ为弹性机翼由β产生的施加于结构模型的气动载荷；Δω为选定的滚转速率；f_sezΔω为弹性机翼由Δω产生的施加于结构模型的气动载荷；y^T为有限元模型节点坐标y分量组成的行向量。

2.根据权利要求1所述的一种弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度工程数值方法，其特征在于，所述步骤5)中是通过直接法或伴随法进行弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度计算。

3.根据权利要求2所述的一种弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度工程数值方法，其特征在于，所述通过直接法进行弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度计算中，首先通过解线性方程组的方式计算弹性机翼在副翼偏转角β下对应的平衡状态的结构位移列阵的设计敏度du_sβ/db，以及弹性机翼在选定的滚转速率Δω下对应的平衡状态的结构位移列阵的设计敏度du_sΔω/db，然后得：

式中，b为设计变量；u_sβ为弹性机翼在副翼偏转角β下对应的平衡状态的结构位移列阵；f_sβ为弹性机翼在副翼偏转角β下对应的平衡状态的结构气动载荷列阵；u_sΔω为弹性机翼在选定的滚转速率Δω下对应的平衡状态的结构位移列阵；f_sΔω为弹性机翼在选定的滚转速率Δω下对应的平衡状态的结构气动载荷列阵；B₁和B₂是布尔矩阵，其功能是分别按照f_sezβ和f_sezΔω中的元素在f_sβ和f_sΔω中的位置由df_sβ/db和df_sΔω/db得到df_sezβ/db和df_sezΔω/db；最终副翼舵面效率关于设计变量b的敏度表示为：

4.根据权利要求2所述的一种弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度工程数值方法，其特征在于，所述通过伴随法进行弹性机翼副翼舵面效率的设计敏度计算中，首先计算以下两个伴随变量：

式中，为y^T·df_sezβ/du_sβ对应的伴随变量，为y^T·df_sezΔω/du_sΔω对应的伴随变量，K为结构总体刚度矩阵，最终副翼舵面效率关于设计变量b的敏度表示为：