一种飞翼布局飞机纵向气动力系数的雷诺数效应修正方法

技术领域

本发明涉及航空动力分析技术领域，具体是指一种飞翼布局飞机纵向气动力系数的雷诺数效应修正方法。

背景技术

雷诺数是流体力学中一个重要的无量纲参数，它表征了惯性力与粘性力的比值。雷诺数不同，通常会对边界层类型、转捩点位置、边界层内速度分布形态、物体上分离点位置、分离形态和分离区大小、激波位置、边界层厚度等产生影响，从而导致飞机的气动特性发生变化，进而影响飞机性能和操稳特性。因此生产性风洞的雷诺数模拟能力及雷诺数影响评估研究一直受到工业界的关注。

由于风洞尺寸和试验条件的限制，风洞试验模型一般采用缩比模型，造成风洞试验雷诺数比真实飞行雷诺数低1～2个数量级，使得风洞测量的气动数据与真实飞行条件中的气动数据与真实飞行条件中的气动数据存在一定差别，这实际上是反应了气流粘性效应的影响。所以自风洞发展建设百余年以来，对设计人员来说，一直存在如何把风洞试验数据外推到真实条件下飞行数据的问题，也就是通常所说的雷诺数效应修正问题。

经过长期探索和总结，飞机设计人员认为雷诺数对升力和俯仰力矩随攻角变化曲线的斜率影响不大，仅需对缩比模型风洞试验数据的阻力系数和最大升力系数进行修正，但这样的处理方式对战斗机来说是适用的。然而，对于飞翼布局飞机来说，由于没有尾翼，机翼或舵面气流流动特性的变化不仅影响阻力和最大升力系数，对升力和俯仰力矩特性也有明显影响；同时，随着翼型设计技术的发展，为了提高升力系数，大多数飞机机翼配置带弯度的翼型，这就使得气动特性曲线的线性段变短，以往的导数使用已变得不合适。因此，需要提出一种新的技术方案来对飞翼布局飞机的纵向气动力系数进行雷诺数效应修正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对飞翼布局飞机的纵向气动力系数进行雷诺数效应修正，包括升力系数、阻力系数及俯仰力矩系数。

本发明通过下述技术方案实现：一种飞翼布局飞机纵向气动力系数的雷诺数效应修正方法，包括以下步骤：

S1：计算出真实大气条件下飞机实际飞行的雷诺数，按照一定的雷诺数间隔范围，取若干个关键的雷诺数；

S2：对选取的关键雷诺数进行纵向气动特性仿真，绘出不同雷诺数下的纵向气动特性曲线；

S3：根据曲线情况，得出具体相应的关键系数；

S4：绘制出关键系数随雷诺数变化的关系曲线图；

S5：根据关系曲线图拟合变化关系式；

S6：根据拟合的变化关系式，计算实际飞行雷诺数下相应的仿真关键系数；

S7：对选取的关键雷诺数进行风洞实验，绘出不同雷诺数下的纵向气动特性曲线，得出风洞实验相应的实验关键系数；

S8：根据仿真关键系数和实验关键系数，得出纵向气动力系数修正公式；

S9：根据修正公式，将风洞试验数据修正到真实飞行雷诺数下。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，其特征在于，所述步骤(2)中，对选取的关键雷诺数进行纵向气动特性仿真，采用商业软件CFX计算关键雷诺数点下不同攻角的纵向气动特性。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，其特征在于，对选取的关键雷诺数进行纵向气动特性仿真中，加入了转捩预测模型。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，对选取的关键雷诺数进行纵向气动特性仿真中，网格采用ICEM建立的结构网格。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，其特征在于，对选取的关键雷诺数进行纵向气动特性仿真中，不同雷诺数的计算通过模型缩比实现。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述关键系数包括升力线斜率C

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述得出纵向气动力系数修正公式为：

(1)升力系数修正：

升力系数线性段：

(C

升力系数非线性段修正：

(C

(2)阻力系数修正：

(C

(3)俯仰力矩系数修正：

俯仰力矩系数线性段：

(C

俯仰力矩系数非线性段：

(C

其中α为飞机攻角的角度。

本技术方案的工作原理为，通过数值仿真获取各雷诺数下的纵向气动力系数，包括升力系数C

计算得到各雷诺数下的升力线斜率C

通过风洞试验获取缩比模型试验雷诺数下的纵向气动力系数，计算得到(C

得到飞行雷诺数下的纵向气动力系数修正公式为：

(1)升力系数修正公式：

升力系数线性段：(C

升力系数非线性段修正：(C

与最大升力系数相关的升力系数修正：在进行了升力系数线性段和非线性段修正后的升力系数对攻角曲线上寻找过最大升力系数点的切线，并根据切线规律修正切点之后的升力系数。

(2)阻力系数修正公式为：

(C

(3)俯仰力矩系数修正公式为：

俯仰力矩系数线性段：(C

俯仰力矩系数非线性段：(C

与最大可用升力系数相关的俯仰力矩系数修正：在进行了俯仰力矩系数线性段和非线性段修正后的俯仰力矩系数对升力系数曲线上寻找最大可用升力系数对应的俯仰力矩系数，在最大可用升力系数之前，俯仰力矩单调变化，因此，对最大可用升力系数前俯仰力矩出现非单调的点进行修正。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明提供的雷诺数效应修正方法，适用于飞翼布局飞机进行纵向气动力系数的修正，根据最后对比的结果表明，修正后的结果与高雷诺数试验结果更为接近，其过程相对简单，容易理解，经过高雷诺数风洞试验验证表明该方法修正后得到的纵向气动力系数更接近真实飞行结果，本发明所提供的方法，填补了飞翼布局飞机风洞实验修正方面的技术空白，推动飞翼布局飞机的发展，为我国航空事业做出了突出的贡献。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明中升力线斜率随雷诺数对数的变化曲线图；

图2为本发明中与最大升力系数相关的升力系数修正示意图；

图3为本发明中与最大可用升力系数相关的俯仰力矩修正示意图；

图4为本发明中修正前后的升力系数对比曲线图；

图5为本发明中修正前后的阻力系数对比曲线图；

图6为本发明中修正前后的俯仰力矩系数对比曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。为使本发明的目的、工艺条件及优点作用更加清楚明白，结合以下实施实例，对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内，此处所描述的具体实施实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

本实施例的提供一种飞翼布局飞机纵向气动力系数的雷诺数效应修正方法，它包括以下步骤：

计算出真实大气条件下飞机实际飞行的雷诺数

求取不同雷诺数下的升力线斜率C

根据拟合公式计算得到实际飞行雷诺数下的(C

根据试验数据计算试验雷诺数下的(C

即得到飞行雷诺数下的纵向气动力系数修正值，修正公式为：

(1)升力系数修正公式：

升力系数线性段：

(C

升力系数非线性段修正：

(C

与最大升力系数相关的升力系数修正：在进行了升力系数线性段和非线性段修正后的升力系数对攻角曲线上寻找过最大升力系数点的切线，并根据切线规律修正切点之后的升力系数。

(2)阻力系数修正公式为：

(C

(3)俯仰力矩系数修正公式为：

俯仰力矩系数线性段：

(C

俯仰力矩系数非线性段：

(C

与最大可用升力系数相关的俯仰力矩系数修正：在进行了俯仰力矩系数线性段和非线性段修正后的俯仰力矩系数对升力系数曲线上寻找最大可用升力系数对应的俯仰力矩系数，在最大可用升力系数之前，俯仰力矩单调变化，因此，对最大可用升力系数前俯仰力矩出现非单调的点进行修正。

计算出真实大气条件下飞机实际飞行的雷诺数

根据仿真结果画出不同雷诺数下的纵向气动特性曲线，包括升力系数对攻角的曲线、阻力系数对攻角的曲线、俯仰力矩系数对升力系数的曲线，根据曲线变化关系求出相应的升力线斜率C

画出C

根据拟合关系式计算出实际飞行雷诺数下的(C

根据风洞试验结果画出纵向升力系数对攻角的曲线、阻力系数对攻角的曲线、俯仰力矩系数对升力系数的曲线，根据曲线变化关系求出试验雷诺数下的(C

经过多次总结、分析及验证得到纵向气动力系数修正公式为：

(1)升力系数修正：

升力系数线性段：(C

升力系数非线性段修正：(C

与最大升力系数相关的升力系数修正：在进行了升力系数线性段和非线性段修正后的升力系数对攻角曲线上寻找过最大升力系数点的切线，并根据切线规律修正切点之后的升力系数，修正示意图见图2。

(2)阻力系数修正：

(C

(3)俯仰力矩系数修正：

俯仰力矩系数线性段：(C

俯仰力矩系数非线性段：

(C

与最大可用升力系数相关的俯仰力矩系数修正：在进行了俯仰力矩系数线性段和非线性段修正后的俯仰力矩系数对升力系数曲线上寻找最大可用升力系数对应的俯仰力矩系数，在最大可用升力系数之前，俯仰力矩单调变化，因此，对最大可用升力系数前俯仰力矩出现非单调的点进行修正，修正示意图见图3。

根据纵向气动力系数修正公式，将试验数据修正到真实飞行雷诺数下。

此方法优点：由于飞翼布局飞机纵向气动力系数受雷诺数影响较为显著，严重可能会影响飞行安全，因此必须进行雷诺数影响的气动力系数修正。此方法原理上简单翼型，容易理解，经过高雷诺数风洞试验验证表明该方法修正后得到的纵向气动力系数更接近真实飞行结果。

图4、图5、图6分别为修正前后的升力特性曲线、阻力特性曲线及俯仰力矩特性曲线与高雷诺数风洞试验结果的对比，对比表明，修正后的结果与高雷诺数试验结果更为接近，证明本发明的方法在飞翼布局飞机纵向气动力系数修正上是适用的。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。