[发明专利]一种基于改进Goman模型的非线性非定常气动力建模方法

说明书

本发明公开了一种基于改进Goman模型的非线性非定常气动力建模方法：建立Goman模型；Goman模型描述气流分离点动态特性时，同时引入攻角速率及分离位置指数项的影响，从而形成改进Goman模型；建立模型参数识别框架；基于参数识别框架，辨识静态气动力模型参数；基于参数辨识框架，辨识动态气动力模型参数；基于静态气动力模型参数和动态气动力模型参数，完成气动力模型建模。本发明提出的建模方法所得模型不仅能表达定攻角速率的气动力特性，而且能表达攻角做大幅值简谐运动时的气动力特性，模型计算结果与风洞试验数据有较好的一致性，本发明具有广泛的适用性，可以应用于气动仿真和飞行控制系统设计，具有较好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及气动力建模技术领域，具体涉及一种基于改进Goman模型的非线性非定常气动力建模方法。

背景技术

目前，飞行器气动力建模主要沿两个方向发展，一是传统的数学建模方法，二是新型建模方法。新型建模方法避开了气动力形成的复杂机理，将气动力的建模过程看作一个“黑箱”或“灰箱”问题，利用人工智能和机器学习的研究成果来描述气动力与飞行状态量之间的关系。但在新型建模方法中，其参数缺乏物理含义，只是一种物理上的数学逼近模型。传统的数学建模必须先选取气动模型结构，根据物理现象和机理建立气动力与飞行器飞行状态量之间的数学关系式。由于传统的数学模型源自于物理现象，模型参数有具体的物理意义，更有利于对物理机理的研究。

Goman模型是一种采用一阶微分方程描述的状态空间模型，是传统气动力建模方法中非常重要的一类。其可以较好地描述大攻角状态下分离流流场的动态发展过程所产生的非定常气动力特性；其采用一定数量的参数来描述分离流流场的关键特征，气动力响应取决于这些参数和瞬时飞行状态。Goman模型形式简洁，易于扩展到多自由度情况，因此被广泛应用。

但Goman模型在分离流分离位置点的描述较为粗糙，不能更精确地描述分离位置对流动影响的机理。当前已有研究在Goman模型中引入攻角速率影响，但对分离位置影响的考虑还不够深入。

发明内容

为了改善Goman模型存在的缺点，提高其对气动力预测的准度，本发明在Goman模型中引入攻角速率和气流分离位置指数项影响，提出一种改进Goman模型的非定常气动力建模方法，以求更准确揭示气动机理，提高气动力模型预测准度。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于改进Goman模型的非线性非定常气动力建模方法，包括以下内容：

S1、建立Goman模型；

S2、Goman模型描述气流分离点动态特性时，引入攻角速率及分离位置指数项的影响，从而形成改进Goman模型；

S3、建立模型参数识别框架；

S4、基于参数识别框架，辨识静态气动力模型参数；

S5、基于参数辨识框架，辨识动态气动力模型参数；

S6、基于静态气动力模型参数和动态气动力模型参数，完成气动力模型建模。

将分离位置的影响，改进为其分离位置指数项的影响，使其原本的影响放大，物理表征空间增大，提升Goman模型对分离位置影响的敏度，更准确预测气动力迟滞特性。

可选地，分离位置指数项替换Goman模型描述气流分离点动态特性时分离位置的表达。

可选地，基于风洞数据，采用标准的最小二乘估计方法，辨识静态气动力模型参数和动态气动力模型参数。

可选地，Goman模型采用表达式(1)描述气流分离点的动态特性：