[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

说明书

本发明公开了一种基于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，包括：分别采用CFD和DATCOM气动仿真软件用于确定构型的变体飞行器的气动数据解算，得出在特定迎角、高度、马赫数等飞行条件下的气动系数；进一步通过MATLAB对所得到的不同翼尖折叠角度下的气动数据进行最小二乘拟合，得到各气动参数关于折叠角度的函数，从而得到飞行器的非线性模型。同时，在不同翼尖折叠角度下对飞行器的起飞、机动和降落三个阶段的气动性能进行分析评估，分析折叠翼尖对飞行器各飞行状态的气动性能的影响，以得到最佳的翼尖折叠策略，本发明建模及评估方法成本低、计算量小、准确度高。

技术领域

本发明属于变体飞行器建模和性能分析技术领域，特别涉及一种基于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。

背景技术

变体飞行器的变形方式、材料结构、气动特性以及控制方法是当前的研究热点。随着飞行任务需求的日益复杂化及多元化，固定翼飞行器已无法满足要求。变体飞行器能够大幅度改变其气动外形，进而获得更佳的气动性能，可满足长航时、多任务、复杂环境下的飞行任务要求。2018年，NASA依托展向自适应翼项目Spanwise Adaptive Wing Project(SAW)所设计的展向自适应折叠翼尖变体飞行器，是首款采用NiTiHf高温形状记忆合金(SMAs)代替传统的液压铰链执行机构，通过加热(冷却)形状记忆合金完成机翼翼尖的上翻(下折)动作的变体飞行器。目前，针对该种折叠翼尖变体飞行器的相关研究，尚属全新领域。

对变体飞行器进行建模时，需考虑变体飞行器的气动外形改变所带来的质心变化以及质量分布变化问题。现有技术的变体飞行器建模方法，主要有多刚体建模、柔性建模和参数建模等。例如，文献[1]“Modeling and flight control of large-scale morphingaircraft”(T.M.Seigler,D.A.Neal,J.S.Bae.Journal of Aircraft,2012,44(4):1077-1087)将变体飞行器系统看成是一个多刚体系统以飞行器中的固定部分和变形部分进行划分，继而建立每个刚体部分的动力学方程，以完成对整个飞行器的动力学建模。类似地，文献[2]“Longitudinal linear parameter varying modeling andsimulation of morphing aircraft”(T.Yue,L.Wang and J.Ai.Journal of Aircraft,2013,50(6):1673-1681)针对折叠翼飞行器，基于动量矩定理，考虑飞行器质心偏移所产生的额外力矩以及偏移速度、加速度所产生的额外力，将其作为飞行器的力和力矩方程组的额外项以修正力和力矩方程组，并通过小扰动线性化方法获得了飞行器的LPV模型。

但是，上述现有的变体飞行器建模及评估方法仍具有局限性。首先，将变体飞行器看成是多刚体系统是一种假设，因而所建立的动力学模型不精确，难以准确描述变体飞行器的动力学特性；其次，飞行器的多个不同刚性部分存在耦合关系，在动力学建模时会导致状态之间的耦合，进而会造成求解上的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于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，采用CFD和DATCOM气动仿真软件用于确定构型的变体飞行器的气动数据解算，可得出在特定迎角、高度、马赫数等飞行条件下的气动系数，并可进一步通过MATLAB进行气动数据的拟合，从而得到飞行器的非线性模型。同时，可在不同翼尖折叠角度下对飞行器的起飞、机动和降落三个阶段的气动性能进行评估，以得到最佳的翼尖折叠策略，本发明建模及评估方法准确性高、计算量小。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种基于CFD和DATCOM的折叠翼尖变体飞行器的气动建模方法，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；