[发明专利]一种基于CFD和DATCOM的折叠翼尖变体飞行器的气动建模及其性能评估方法

权利要求书

1.一种基于CFD和DATCOM的折叠翼尖变体飞行器的气动建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、给出折叠翼尖变体飞行器的基本外形参数；

步骤2、首先采用CFD对折叠翼尖变体飞行器的机翼部分进行三维建模，并计算不同翼尖折叠角度下飞行器的机翼部分所产生的气动系数，即升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数；同时，采用DATCOM计算升力系数对升降舵偏角的导数俯仰力矩系数对升降舵偏角的导数并计算除机翼部分外的折叠翼尖变体飞行器整机的气动系数；由此，分别得到主要由机翼产生的气动系数和由除机翼部分外整个飞行器所产生的气动系数；

步骤3、对步骤2采用CFD和DATCOM分别得到的机翼和整机的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数分别进行分析；

步骤4、对机翼部分所产生的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数和除机翼外整个飞行器所产生的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数分别进行拟合，得到折叠翼尖变体飞行器的升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数关于飞行器翼尖折叠角度δ的函数关系，进而得到升力、阻力以及俯仰力矩关于折叠角度δ的函数关系；

步骤5、将折叠翼尖变体飞行器的升力系数、阻力系数以及俯仰力矩系数关于飞行器翼尖折叠角度δ的函数关系式代入常规固定翼飞行器的非线性模型中，建立折叠翼尖变体飞行器关于折叠角度δ的纵向非线性模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于CFD和DATCOM的折叠翼尖变体飞行器的气动建模方法，其特征在于，在步骤2中，所述的采用CFD对折叠翼尖变体飞行器的机翼部分进行三维建模，并计算不同翼尖折叠角度下飞行器的机翼部分所产生的气动系数的过程包括：

(2-1)在三维建模软件SolidWorks中建立折叠翼尖变体飞行器机翼的3D模型；

(2-2)建立折叠翼尖变体飞行器的机翼网格模型：将在SolidWorks中建立的机翼3D模型导入Ansys软件中，进行布尔运算后，设定与来流方向一致的“inlet”面，其余面设定为“outlet”，在Workbench 18.0中进行折叠翼尖变体飞行器的非结构性网格划分，使用inflation方法对边界层进行细化处理，最后生成“.mesh”网格文件；

(2-3)对所建立的机翼3D模型进行气动解算：在解算之前首先给出计算范围：定义飞行器的飞行高度为H＝20m,200m,2000m；飞行器的飞行马赫数为Ma＝0.4；翼尖的折叠角度的变化范围为[0°,60°]；为减少计算量，减少所得数据的组数，选取0°,10°,20°,30°,40°,50°,60°七个折叠角度进行计算；飞行器的迎角选择小迎角范围[-4°,8°]，其中折叠角度为0°时为具有平直机翼的常规固定翼飞行器构型；

(2-4)将机翼折叠角度[0°,60°]情况下的7组构型的折叠机翼分别通过CFD进行数值模拟，分别得出飞行迎角从[-4°,8°]共13组迎角所对应的气动系数，即升力系数、阻力系数以及俯仰力矩系数。

3.根据权利要求1所述的一种基于CFD和DATCOM的折叠翼尖变体飞行器的气动建模方法，其特征在于，在步骤2中，所述的采用DATCOM软件计算升力系数对升降舵偏角的导数俯仰力矩系数对升降舵偏角的导数的过程包括：

(2-5)基于飞行器的基本参数，在DATCOM的输入文件中输入飞行器的相应参数；

(2-6)基于飞行器的翼型数据和外形参数，根据各个翼尖折叠角度下的飞行器构型，分别改变DATCOM输入文件中的相应参数，包括DATCOM的WGPLNF参数模块、不同翼尖折叠角度下的DATCOM输入参数；翼尖折叠主要影响DATCOM输入参数中的内外翼展长、机翼面积以及翼尖上反角，上述参数的详细定义依据DATCOM使用手册；然后，在DATCOM中得到折叠翼尖变体飞行器在不同折叠角度下的三维模型；

(2-7)针对折叠翼尖变体飞行器在不同折叠角度下的三维模型，进行不同折叠角度下的气动力和气动系数计算；由此，使用MATLAB的Curve Fitting工具箱进行一次曲线拟合，可得升力系数对升降舵偏角的导数

采用同样的方法进行曲线拟合，可得俯仰力矩系数对升降舵偏角的导数