[发明专利]基于风洞试验数据与CFD计算的无人机控制矩阵的修正方法

说明书

一种基于风洞试验数据与cfd计算的无人机控制矩阵的修正方法，由于飞行控制需要气动设计提供一套可靠的控制矩阵，本发明通过提取非常规气动布局的平面模型的风洞试验数据，对设计点的动导数进行局部修正，有效的消除了非常规布局对传统布局经验公式的影响。与现有的控制矩阵提供方法相比，原有的方法是利用传统的无人机工程设计方法研究的ab控制矩阵研究，主要是基于常规外形气动布局设计多年总结的经验得到的，对于非常规布局具有局限性，且与风洞试验环节的脱节；本发明创造性的利用平面模型的风洞试验的常规测力数据，对控制矩阵进行修正，为PID参数控制提供更为精确的控制矩阵。

技术领域

本发明涉及一种基于风洞试验数据与CFD计算的无人机控制矩阵的修正方法，同时兼顾风洞实验数据及CFD计算结果进行参考，能够在工程上快速实现常规布局和非常规布局飞行控制矩阵的计算，主要在飞行器气动设计过程中使用，属于航空飞行器气动设计技术领域。

背景技术

飞行器设计过程中，控制率的设计通常需要气动协作部门提供，一旦飞行控制矩阵提供误差较大，会导致设计周期的延长和设计的精度的下降。而飞行控制矩阵，主要是由气动部门提供的，传统的经验公式的利用局限于常规的气动布局，对于非常规布局及近似常规布局的外形计算上存在一定的误差，且随着未来气动布局(基于气动设计优化得到的外形)的发展误差会越来越大。因此有必要在满足工程设计精度和时间周期要求的基础上，对传统经验公式进行必要的修正。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于风洞试验数据与CFD计算的无人机控制矩阵的修正方法，实现了无人机控制矩阵工程方法应用，可靠快速地实现了风洞试验数据与CFD计算数据与传统经验公式，最大程度满足飞行控制矩阵工程精度和周期要求。

本发明的技术解决方案是：基于风洞试验数据与CFD计算的无人机控制矩阵的修正方法，步骤如下：

(1)根据无人机的外形参数构建数学模型，并进行CFD计算，得到无人机的气动参数；

(2)判断数学模型是否属于常规气动布局，若是进入步骤(3)，若不是进入步骤(4)；

(3)根据上述确定的数学模型，利用传统的经验公式计算控制矩阵，并用(1)中气动参数中的C_L,C_D以及C_m结合传统的经验公式，对控制矩阵中的相应元素进行修正，得到新的控制矩阵，利用该控制矩阵调整无人机PID控制参数；所述C_L为飞行器升力系数，C_D飞行器阻力系数，C_m为飞行器俯仰力矩系数；

(4)根据上述确定的数学模型，选择利用传统的经验公式或datcom计算控制矩阵；对基于步骤(1)中数学模型加工得到的模型进行风洞试验，利用风洞试验数据中的C_Lα,C_mα以及对控制矩阵中的相应元素进行修正，得到新的控制矩阵，利用该控制矩阵调整无人机PID控制参数；

所述C_Lα飞行器全机升力系数对迎角导数，C_mα飞行器全机俯仰力矩系数对迎角导数，因迎角变化引起的飞机升力系数导数，因迎角变化引起的飞机俯仰力矩系数导数。

当能够获取无人机的外场实验数据时，利用外场实验数据对(3)或(4)得到的控制矩阵进行修正，得到最终控制矩阵。

在步骤(1)中对建立的数学模型进行简化，得到翼身融合体加尾翼的简化数学模型。

对简化的数学模型进行cfd计算，判断升阻比、力矩特性、升力系数、阻力系数是否满足设计指标，若满足，则对简化的数学模型继续执行步骤(2)；否则，重新对数学模型进行简化。