[发明专利]一种全飞行域飞行器动稳定性分析方法

摘要

本发明提供了一种将基于高效自适应采样的非定常气动力代理‑降阶模型与刚体动力学方程在状态空间耦合求解特征矩阵特征根的方法进行全飞行域动稳定性特征预测，可以高效准确的获取飞行器在全飞行域内的耦合动稳定性特征。可用于对航空航天飞行器，特别是非轴对称复杂布局飞行器的多通道耦合动稳定性特性的计算分析。能够在保证预测精度的同时大幅减少计算代价，从而易于开展飞行器在全飞行域内动稳定性特性的定性、定量研究，获得对飞行器设计有指导意义的设计方向。

主权项

一种全飞行域飞行器动稳定性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100，针对所需要研究的飞行器气动力特性，确定目标精度要求和计算量上限，并在全飞行域范围选取预定数量的初始样本点；步骤110，在初始样本点x⁽ⁱ⁾处，对一组给定的运动训练信号序列u(x⁽ⁱ⁾,k)使用CFD计算获得飞行器强迫运动的非定常气动力和力矩系数的时序数列y(x⁽ⁱ⁾,k)，然后以u(x⁽ⁱ⁾,k)和y(x⁽ⁱ⁾,k)为样本数据，构建Kriging代理模型作为初始的目标代理模型；步骤120，构建参考代理模型，对初始样本点进行评估，以确定当前采样精度；步骤130，利用试验设计方法生成新的候选采样点；并通过目标代理模型和参考代理模型对所有的候选采样点分别进行计算和评估，以获得各候选采样点加入目标代理模型和参考代理模型后产生的精度变化值；步骤140，通过自适应采样准则选取精度变化值中符合当前采样精度要求的候选采样点作为下一个加入目标代理模型和参考代理模型的样本点进行训练；步骤150，重复步骤130至140，然后在每次重复时判断当前目标代理模型精度是否达标和计算量是否达到上限，并在满足其中一个条件时退出当前循环，完成当前目标代理模型的采样并以此确定全飞行域非定常气动力代理‑降阶模型的训练样本；步骤200，用随机抽样方法在全飞行域内生成大量随机分布、充满全飞行域的设计点；步骤210，对每个设计点，在训练样本中利用Kriging插值获取各设计点的输入输出信号，再利用各输入输出信号形成的离散空间确定非定常气动力降阶模型；步骤220，将非定常气动力降阶模型转化为连续空间的状态空间方程；将刚体动力方程转化为连续空间下的状态方程；将非定常气动力降阶模型的状态空间方程与刚体动力方程的状态方程进行反馈连接，即得到当前飞行器的耦合动稳定性分析方程；步骤230，求解耦合动稳定性分析方程的特征矩阵特征根，特征根实部表征系统阻尼，虚部表征系统频率；其中，当所有特征根实部全部为负时，该设计点的飞行器动稳定；当出现正实部的特征根时，该设计点的飞行器动不稳定；步骤240，通过上述步骤获得每个设计点的飞行器的动稳定性特征后，即可获得飞行器在整个飞行域内的动稳定性特征。