CN105426617A - 一种飞机外挂气动载荷计算方法 - Google Patents

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赵卓林
裴志刚
邓立东
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Abstract

本发明涉及飞机载荷设计领域，特别是涉及一种飞机外挂气动载荷计算方法。计算方法包括如下步骤：获取飞机全机的背景网格信息；获取飞机上外挂的预定目标的嵌套网格信息；进行搜寻，当搜寻到一致的背景网格信息时，将全机的背景网格信息传播到预定目标的嵌套网格中；将飞机的全机背景网格中与嵌套网格重叠的部分挖空，并用嵌套网格部分来代替；将背景网格信息通过插值方法传递到嵌套网格的边界中；进行CFD计算，得到预定目标的气动载荷。本发明的飞机外挂气动载荷计算方法中，通过CFD网格嵌套技术解决多种类、复杂外形飞机外挂物的流动耦合计算问题，使得仅用一套网格便可以对不同挂载状态的飞机外挂物的载荷进行估算，操纵步骤简单，计算精度更高。

Description

一种飞机外挂气动载荷计算方法
技术领域
本发明涉及飞机载荷设计领域，特别是涉及一种飞机外挂气动载荷计算方法。
背景技术
飞机飞行载荷是指飞机在飞行过程中，作用在飞机各部位上的气动力、弹性力和惯性力的总称。飞机的飞行载荷设计与安全性、可靠性和经济性密切相关。飞行载荷设计得准确，不仅能减小结构重量，满足可靠性和安全性要求，还能提高经济性。飞行载荷设计是涉及空气动力学、飞行力学、重量、气动弹性、结构强度等学科的多学科综合研究项目，它的确定比较复杂，需要通过理论计算、载荷实测等方法决定。正确地确定飞机飞行载荷是飞机设计的重要内容，是由总体、气动设计转向结构强度设计的桥梁，是结构设计、强度校核的依据，十分重要。
飞机上的外挂物种类繁多，有导弹、炸弹、吊舱、副油箱、火箭发射器、甚至无人机等，外形复杂、挂载方案多样。不同飞行条件下，飞机、挂架、外挂物及附件之间强烈的流动干扰导致外挂物和附件的受载情况尤为复杂，使得多种类复杂外形飞机外挂物气动载荷设计的技术难度大、计算周期长。
但是，目前现有的风洞条件无法满足复杂外形飞机外挂物载荷的分析；用传统的CFD手段计算飞机外挂物的载荷，需要重复构建的十几套网格，且计算精度低，无法模拟外挂物之间的强干扰。
发明内容
本发明的目的是提供了一种飞机外挂气动载荷计算方法，能够对复杂的外形飞机外挂物载荷进行计算。
一种飞机外挂气动载荷计算方法，包括如下步骤：
步骤一、获取飞机全机的背景网格信息；
步骤二、获取所述飞机上外挂的预定目标的嵌套网格信息；
步骤三、搜寻所述全机的背景网格信息，当搜寻到与所述预定目标的嵌套网格信息一致的背景网格信息时，将所述全机的背景网格信息传播到所述预定目标的嵌套网格中；
步骤四、将所述飞机的全机背景网格中与所述嵌套网格重叠的部分挖空，并用所述嵌套网格部分来代替；
步骤五、将所述背景网格信息通过插值方法传递到所述嵌套网格的边界中；
步骤六、进行CFD计算，并通过积分得到所述预定目标的气动载荷。
优选的，在所述步骤三中，是通过交替数字树方法进行网格搜寻。
优选的，在所述步骤五中，是通过三次线性插值法进行插值，且在插值过程中，保留至少五层缓冲层。
本发明的优点在于：
本发明的飞机外挂气动载荷计算方法中，通过CFD网格嵌套技术解决多种类、复杂外形飞机外挂物的流动耦合计算问题，使得仅用一套网格便可以对不同挂载状态的飞机外挂物的载荷进行估算，操纵步骤简单，计算精度更高。
附图说明
图1是本发明飞机外挂气动载荷计算方法中预定目标与嵌套网格的结构关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1对本发明飞机外挂气动载荷计算方法做进一步详细说明。
本发明提供了一种飞机外挂气动载荷计算方法，包括如下步骤：
步骤一、获取飞机全机的背景网格信息，背景网格信息中包括中心坐标、边框坐标等。并且，通常在飞机上的挂点数量和位置是都固定的。
步骤二、获取飞机上外挂的预定目标的嵌套网格信息(同样包括中心坐标、边框坐标等)；其中，预定目标是根据实际需要测试的目标而定，例如可以是外挂油箱。另外，如图1所示，其中，嵌套网格1的面积通常要比预定目标2实际面积大，确保完全包裹预定目标；预定目标2位于飞机的其中一个机翼3的底部。
步骤三、搜寻全机的背景网格信息，当搜寻到与预定目标的嵌套网格信息一致的背景网格信息时，将全机的背景网格信息传播到嵌套网格中。具体地，在本发明一个优选实施例中，是通过交替数字树方法(即ADT网格搜寻方法)进行网格搜寻，以树形结构传播背景网格信息。
步骤四、将全机背景网格中与嵌套网格重叠的部分挖空，并用嵌套网格部分来代替；具体地，是将全机背景网格中区域壁面边界部分挖空，用嵌套网格部分来代替，获取嵌套网格信息，将流体变量从一个区域差值到另外一个区域。另外，在挖空过程中，为了避免出现孤立网格，无法进行信息传递，通常会保留至少五层缓冲层，确保边界的信息传递。
步骤五、将背景网格信息通过插值方法传递到嵌套网格边界中；具体地，是用三次线性插值将主要信息传递到嵌套边界。
步骤六、进行CFD计算，并通过积分得到预定目标的气动载荷，气动载荷包括集中载荷、分布载荷等。
本发明的飞机外挂气动载荷计算方法中，通过CFD网格嵌套技术解决多种类、复杂外形飞机外挂物的流动耦合计算问题，使得仅用一套网格便可以对不同挂载状态的飞机外挂物的载荷进行估算，操纵步骤简单，计算精度更高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种飞机外挂气动载荷计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、获取飞机全机的背景网格信息；
步骤二、获取所述飞机上外挂的预定目标的嵌套网格信息；
步骤三、搜寻所述全机的背景网格信息，当搜寻到与所述预定目标的嵌套网格信息一致的背景网格信息时，将所述全机的背景网格信息传播到所述预定目标的嵌套网格中；
步骤四、将所述飞机的全机背景网格中与所述嵌套网格重叠的部分挖空，并用所述嵌套网格部分来代替；
步骤五、将所述背景网格信息通过插值方法传递到所述嵌套网格的边界中；
步骤六、进行CFD计算，并通过积分得到所述预定目标的气动载荷。
2.根据权利要求1所述的飞机外挂气动载荷计算方法，其特征在于，在所述步骤三中，是通过交替数字树方法进行网格搜寻。
3.根据权利要求1或2所述的飞机外挂气动载荷计算方法，其特征在于，在所述步骤五中，是通过三次线性插值法进行插值，且在插值过程中，保留至少五层缓冲层。
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