CN109117584A - 一种低速飞机突风载荷系数计算方法及设备 - Google Patents

一种低速飞机突风载荷系数计算方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低速飞机突风载荷系数计算方法及设备，该方法包括：获取随各个迎角变化的飞机升力系数；求取飞机等高等速平飞升力系数CL1和平飞迎角alf1；求取突风引起的迎角变化量Δalf；利用迎角‑升力系数对应关系插值得到alf1+Δalf对应的升力系数CL2；求取升力系数增量ΔCL＝CL2‑CL1；使用求取的升力系数增量ΔCL利用突风载荷系数公式计算突风载荷系数。本发明的计算方法及设备可以针对任意类型的升力特性飞机(包括升力线处于线性区域和非线性区域)，符合实际情况，数据准确可用。

Description

一种低速飞机突风载荷系数计算方法及设备
技术领域
本发明涉及飞机结构强度设计领域，尤其涉及一种低速飞机突风载荷系数计算方法及设备。
背景技术
突风载荷是飞机在不平衡大气中飞行，由扰动气流引起的附加载荷，是结构强度设计的重要依据之一。
国军标GJB67.2-85和中国民航适航规定CCAR23部分别对军机和民机的突风载荷系数作了具体规定，并提供了估算公式。综合考虑军机和民机规范中离散突风的要求，两者的估算公式基本一致，仅仅对突风大小的规定略有差别。
低速飞机飞行速度小，空中遭遇大自然突风紊流后，引起的突风迎角大，可能触及到飞机升力线偏离线性区域，国军标GJB67.2-85和中国民航适航规定CCAR23部中突风载荷系数经验公式已不适用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，本发明提出一种低速飞机突风载荷系数计算方法及设备，可以针对任意类型的升力特性飞机 (包括升力线处于线性区域和非线性区域)，符合实际情况，数据准确可用。
本发明提供的一种低速飞机突风载荷系数计算方法，包括：
获取随各个迎角变化的飞机升力系数；
求取飞机等高等速平飞升力系数CL1和平飞迎角alf1；
求取突风引起的迎角变化量Δalf；
利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1+Δalf对应的升力系数CL2；
求取升力系数增量ΔCL＝CL2-CL1；
使用求取的升力系数增量ΔCL利用突风载荷系数公式计算突风载荷系数。
进一步，根据公式求取CL1；利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1；其中，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g 为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V为飞机当量速度。
进一步，求取Δalf的计算公式为其中，Ude为突风速度， V为飞机当量速度。
进一步，计算突风载荷系数的突风载荷系数公式为
其中，n为突风载荷系数，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V为飞机当量速度，Kg为突风缓和系数。
本发明另一方面提供的一种低速飞机突风载荷系数计算设备，包括：
获取装置，用于获取随各个迎角变化的飞机升力系数；
平飞升力系数和平飞迎角求取装置，用于求取飞机等高等速平飞升力系数 CL1和平飞迎角alf1；
迎角变化量求取装置，用于求取突风引起的迎角变化量Δalf；
升力系数求取装置，用于利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1+Δal 对应的升力系数CL2；
升力系数增量求取装置，用于求取升力系数增量ΔCL＝CL2-CL1；
突风载荷系数计算装置，用于使用求取的升力系数增量ΔCL利用突风载荷系数公式计算突风载荷系数。
进一步，平飞升力系数和平飞迎角求取装置根据公式求取CL1，并利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1；其中，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V 为飞机当量速度。
进一步，迎角变化量求取装置求取Δalf的计算公式为其中，Ude为突风速度，V为飞机当量速度。
进一步，突风载荷系数计算装置计算突风载荷系数的突风载荷系数公式为
其中，n为突风载荷系数，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V为飞机当量速度，Kg为突风缓和系数。
本发明另一方面提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的方法适用于气动力处于线性区域和非线性区域的飞机，符合实际情况，数据准确可用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为升力线示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以中国民航适航规定CCAR23部为例，突风载荷系数按下列公式计算：
式中：
为突风缓和系数；
为飞机质量比；
Ude为中国民航适航规定CCAR23部规定的突风速度，米/秒；
ρ0为海平面大气密度，公斤/米3；
ρH为突风计算所在高度的大气密度，公斤/米3；
Wg/S为翼载，牛顿/米2；
为平均气动弦长，米；
g为重力加速度，米/秒2；
V为飞机当量速度，米/秒；
a为机翼升力系数曲线CL的斜率(1/弧度)。
通过对突风载荷系数计算公式的深刻理解，可以得到：
通过一层一层剥离，各项的物理意义如下：
为飞行速压，帕斯卡；
为飞机平飞时，遭遇突风后的迎角变化增量(突风向上时引起的迎角变化增量为正)；
为突风迎角乘以升力系数曲线CL的斜率，表征突风引起的升力系数增量，无量纲量；
为速压乘以升力系数乘以参考面积，升力系数变为有量纲量，牛顿；
为升力除以重量，法向过载的定义，无量纲量；
Kg为突风缓和系数，是对突风减缓的一个修正因子，是飞机质量比μg的函数。
对于遭遇突风后，升力线处于线性区域的飞机而言，以上公式没有任何问题，但是对于升力线偏离线性区域的飞机，使用升力系数增量得到的数值偏大，如图1所示，其中alf1表示平飞迎角，Δalf表示突风引起的迎角变化量；CL′为中国民航适航规定CCAR23部中规定的升力系数增量，ΔCL为飞机实际的升力系数增量。综上所述，存在以下两种情况：
(1)当alf1+Δalf处于升力线线性区域时，ΔCL＝CL′；
(2)当alf1+Δalf处于升力线非线性区域时，ΔCL＜CL′。
中国民航适航规定CCAR23部中，——突风引起的升力系数增量不合适，本发明将使用另外一种方法来求取突风引起的升力系数增量，该方法同样适用于升力线处于线性区域的飞机。
本发明使用的方法需要的输入条件是，随各个迎角变化的飞机升力系数，以海高高度0米为例，飞机飞行速度等于飞机当量速度V。
步骤1，求取飞机等高等速平飞升力系数CL1和平飞迎角alf1。等高等速平飞载荷系数为1。已知全机重量W(单位：kg)，飞行速压参考面积S。等高等速平飞条件是升力等于重力，即求得平飞升力系数CL1。利用迎角-升力系数对应关系，插值得到飞机等高等速平飞的迎角alf1。
步骤2，求取突风引起的迎角变化量Δalf。突风引起的迎角等于突风速度除以飞行速度的反正切函数，步骤3，利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1+Δalf的升力系数CL2。步骤4，升力系数相减求取升力系数增量ΔCL＝CL2-CL1。步骤5，使用求取的升力系数增量ΔCL替换突风载荷系数中的升力系数增量利用突风载荷系数公式得到突风载荷系数。
本发明还提供了一种与上述方法步骤一一对应的计算设备，该计算设备包括：获取装置，用于获取随各个迎角变化的飞机升力系数；平飞升力系数和平飞迎角求取装置，用于求取飞机等高等速平飞升力系数CL1和平飞迎角alf1；迎角变化量求取装置，用于求取突风引起的迎角变化量Δalf；升力系数求取装置，用于利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1+Δalf对应的升力系数CL2；升力系数增量求取装置，用于求取升力系数增量ΔCL＝CL2-CL1；突风载荷系数计算装置，用于使用求取的升力系数增量ΔCL利用突风载荷系数公式计算突风载荷系数。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM,Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM,Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种低速飞机突风载荷系数计算方法，其特征在于，包括：
获取随各个迎角变化的飞机升力系数；
求取飞机等高等速平飞升力系数CL1和平飞迎角alf1；
求取突风引起的迎角变化量Δalf；
利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1+Δalf对应的升力系数CL2；
求取升力系数增量ΔCL＝CL2-CL1；
使用求取的升力系数增量ΔCL利用突风载荷系数公式计算突风载荷系数。
2.根据权利要求1所述的一种低速飞机突风载荷系数计算方法，其特征在于，根据公式求取CL1；利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1；其中，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V为飞机当量速度。
3.根据权利要求1所述的一种低速飞机突风载荷系数计算方法，其特征在于，求取Δalf的计算公式为其中，Ude为突风速度，V为飞机当量速度。
4.根据权利要求1所述的一种低速飞机突风载荷系数计算方法，其特征在于，计算突风载荷系数的突风载荷系数公式为
其中，n为突风载荷系数，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V为飞机当量速度，Kg为突风缓和系数。
5.一种低速飞机突风载荷系数计算设备，其特征在于，包括：
获取装置，用于获取随各个迎角变化的飞机升力系数；
平飞升力系数和平飞迎角求取装置，用于求取飞机等高等速平飞升力系数CL1和平飞迎角alf1；
迎角变化量求取装置，用于求取突风引起的迎角变化量Δalf；
升力系数求取装置，用于利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1+Δalf对应的升力系数CL2；
升力系数增量求取装置，用于求取升力系数增量ΔCL＝CL2-CL1；
突风载荷系数计算装置，用于使用求取的升力系数增量ΔCL利用突风载荷系数公式计算突风载荷系数。
6.根据权利要求5所述的一种低速飞机突风载荷系数计算设备，其特征在于，平飞升力系数和平飞迎角求取装置根据公式求取CL1，并利用迎角-升力系数对应关系插值得到alf1；其中，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V为飞机当量速度。
7.根据权利要求5所述的一种低速飞机突风载荷系数计算设备，其特征在于，迎角变化量求取装置求取Δalf的计算公式为其中，Ude为突风速度，V为飞机当量速度。
8.根据权利要求5所述的一种低速飞机突风载荷系数计算设备，其特征在于，突风载荷系数计算装置计算突风载荷系数的突风载荷系数公式为
其中，n为突风载荷系数，为飞行速压，S为参考面积，W为全机重量，g为重力加速度，ρ0为海平面大气密度，V为飞机当量速度，Kg为突风缓和系数。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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