[发明专利]一种基于任意多项式混沌展开的螺旋桨滑流效应不确定度获取方法

说明书

一种基于任意多项式混沌展开的螺旋桨滑流效应不确定度获取方法。先对螺旋桨飞机飞行过程中的不确定性变量各阶矩进行统计；构造各阶多项式的基，并对飞行数据中不确定性变量进行拉丁超立方抽样；根据CFD仿真得到对应抽样点处的系统响应；通过最小二乘法计算多项式系数从而得到系统响应的多项式函数；判断多项式最高阶数是否足够，混沌多项式对系统的拟合优度是否满足要求；将不确定性变量对应的飞行数据采集点作为输入，得到系统随机响应面；最后通过数理统计方法得到不确定性变量引起的系统响应的概率分布。本发明定量估计出螺旋桨飞机飞行参数的不确定性对滑流的影响，进而，在飞行参数概率分布未知的情况下仍可得到滑流不确定性分布。

技术领域

本发明涉及螺旋桨效应不确定度分析领域，具体涉及一种基于任意多项式混沌展开的螺旋桨滑流效应不确定度的获取方法。

背景技术

螺旋桨飞机至今已诞生100多年，因其操作简单，起降性能好，制空时间长以及飞行成本低等特点，广泛运用于飞行训练，长时巡航以及特种作业领域，在运输机领域有着不可替代的地位。然而螺旋桨飞机不可避免的会有滑流影响，螺旋桨滑流是一种非管道控制的流动，流场特性比较复杂，滑流扫过的部件，尤其是机翼和尾翼会受到非常强大的干扰，从而影响飞机整体的性能，因此研究螺旋桨滑流对于现代飞行器设计非常具有必要性。

现有的对于螺旋桨气动特性的分析大多采用以下三种方法：理论方法，实验方法以及数值模拟方法。理论方法虽然能够快速地计算螺旋桨的气动特性并且具有较高精度，但对于工程实践中要求解的复杂结构的全机螺旋桨滑流问题难以解决，单纯的理论计算很难满足工程需要。而对于实验方法，其结果是最接近实际工况的，但是研发成本过高，且设计周期长，很难作为现代飞行器设计的主要方法。因此，大多数研究都采用了数值模拟的方法，来提高飞行性能，减小研发成本和设计周期。这些方法在某种程度上都可以得到螺旋桨滑流效应对与飞行性能的影响程度，但是螺旋桨滑流效应的大小是受到诸多因素影响的，包括螺旋桨本身的结构，螺旋桨转速以及飞行攻角等，这些因素在实际飞行过程中都是在不断变化的，各个因素的不确定性对于滑流效应的影响很难量化。为此，诸多学者也提出了混沌多项式展开的方法来量化输入变量的不确定性对系统的影响，包括嵌入多项式混沌以及非嵌入多项式混沌方法，这些方法都有一个共性，就是需要已知的输入变量的概率分布，并且，概率分布需要满足Askey法则，这就严重限制了多项式混沌方法的适用范围。

发明内容

针对上述问题，本发明的通过现有的数值模拟基础，结合多项式混沌展开技术，提出一种基于任意多项式混沌展开的螺旋桨滑流效应不确定度获取方法，该方法可以研究多个不确定性因素对于螺旋桨滑流效应的影响，进而，本发明在飞行参数概率分布未知的情况下仍然可以得到滑流不确定性分布，为螺旋桨飞机的驾驶以及设计提供了重要的理论依据。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于任意多项式混沌展开的螺旋桨滑流效应不确定度获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对螺旋桨飞机飞行过程中的不确定性变量各阶矩进行统计；

步骤2，构造各阶多项式的基，确定矩阶数；

步骤3，采用拉丁超立方抽样法对飞行数据采集点进行抽样，根据CFD仿真得到对应抽样点处的系统响应；

步骤4，通过最小二乘法计算多项式系数从而得到系统响应的多项式函数；

步骤5，判断多项式最高阶数是否足够，混沌多项式对系统的拟合优度是否满足要求；

步骤6，根据不确定性变量的输出结果得到系统随机响应面，通过数理统计得到系统响应的概率分布；