CN112733471A - 用于分离两体非定常气动特性的方法 - Google Patents
用于分离两体非定常气动特性的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于分离两体非定常气动特性的方法,包括:分析分离工况下飞行器底部气体流动特性;获取不同分离距离下两体间的相对姿态信息;将后子级受前子级尾流区影响的运动区域划分为:后子级受前子级尾流区非定常流动效应干扰第一区域、后子级受前子级尾流干扰第二区域,分离体两体不干扰第三区域;根据分离距离范围,分别获取两体的气动特性,所述两体的气动特性包括定常值和非定常值;根据所述非定常值计算不同分离距离和姿态信息下的非定常气动特性;根据所述定常值获得前、后子级的定常气动特性。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器气动外形设计技术领域,尤其涉及一种用于分离两体非定常气动特性的方法。
背景技术
针对新一代高速飞行器,面临着复杂流场环境下安全投放有效载荷的使用需求,嵌入后退式分离是高速飞行器多体分离的主要方式。在飞行器尾部强剪切流动、分离漩涡、尾激波等非稳态流场特征显著并前传至弹舱空腔,严重影响分离过程两体的姿态稳定。当前,分离过程两体气动特性设计,不论是风洞网格测力试验技术,还是数值计算方法,本质上均未考虑复杂干扰效应与多体分离的相容性问题,已经难以反映嵌入式分离过程真实的气动特性变化规律。
发明内容
本发明旨在提出一种用于分离两体非定常气动特性的方法,从工程应用上快速、准确地反映嵌入式多体分离过程中分离体的气动特性变化规律,解决复杂流场环境下分离过程中的两体气动特性非定常预示问题。实现复杂工程外形嵌入式分离过程两体非定常气动特性设计。
本发明第一方面,提供一种用于分离两体非定常气动特性的方法,其特征在于,所述方法包括:分析分离工况下飞行器底部气体流动特性。获取不同分离距离下两体间的相对姿态信息。将后子级受前子级尾流区影响的运动区域,划分为:后子级受前子级尾流区非定常流动效应干扰第一区域、后子级受前子级尾流干扰第二区域,分离体两体不干扰第三区域。
根据分离距离范围,分别获取两体的气动特性,所述两体的气动特性包括定常值和非定常值。
根据所述非定常值计算不同分离距离和姿态信息下的非定常气动特性;根据所述定常值获得前、后子级的定常气动特性。
所述根据分离距离范围,分别获取两体的气动特性,包括:所述分离距离位于第一区域范围内,分离后子级受前子级尾部强剪切流动、分离漩涡、尾激波非定常流动效应影响,气动特性存在非定常现象;所述分离距离介于第一距离与第二距离范围之间,采用网格测力试验或者数值计算方法获得两体气动特性;所述分离距离位于第三区域范围内,按照独立两体开展风洞测力试验或者数值计算,分别获得各自的气动特性。所述姿态信息包括高度、马赫数、功角、侧滑角。
根据本发明的一个实施例,所述根据所述非定常值计算不同分离距离和姿态信息下的非定常气动特性,包括:通过非定常数值计算获得两体在特定高度、马赫数、攻角和侧滑角,不同分离距离和相对姿态角下的非定常气动特性,所述非定常气动特性包括不随时间变化的基准值和随时间变化的脉动值。
根据本发明的一个实施例,所述根据所述定常值获得前、后子级的定常气动特性通过网格测力试验或者数值计算方法实现,包括不同分离距离和相对姿态角时,前、后子级定常气动特性随高度、马赫数、攻角、侧滑角变化的基准值。
本发明第二方面提供一种智能设备,包括:发送器、接收器、存储器和处理器;所述存储器用于存储计算机指令;所述处理器用于运行所述存储器存储的所述计算机指令实现以上所述用于分离两体非定常气动特性的方法。
本发明第三方面提供了一种存储介质,包括:可读存储介质和计算机指令,所述计算机指令存储在所述可读存储介质中。所述计算机指令用于实现以上所述用于分离两体非定常气动特性的方法。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为本发明实施例公开的用于分离两体非定常气动特性的方法流程图;
图2为本发明实施例公开的前子级尾流区示意图。
通过上述附图,已示出本公开明确的实施例,后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
建立一种适用于高速大动压嵌入式分离非定常气动特性设计方法,从工程应用上快速、准确地反映嵌入式多体分离过程中分离体的气动特性变化规律,解决复杂流场环境下分离过程中的两体气动特性非定常预示问题。
本发明基于高速大动压状态下飞行器尾部流场特性分析,划分嵌入式分离过程中分离体的气动特性变化规律,采取不同的设计方法,准确获得了复杂流场环境下分离过程的两体非定常气动特性。如图1所示。
S101:分析分离工况下飞行器底部气体流动特性;即采用风洞试验或者非定常数值计算方法开展分离工况下的飞行器底部流动特性分析。
S102:获取不同分离距离下两体间的相对姿态信息;包括:开展多体分离非定常仿真分析,获取不同分离距离下两体间的相对姿态信息,在此基础上将两体气动特性描述为与高度H、马赫数Ma、攻角α、侧滑角β、分离距离Lf和相对姿态角φ这些变量相关联的参数CF,可通过表格形式给出,见表1。
表1分离体气动特性
H | Ma | α | β | Lf | φ | CF |
- | - | - | - | - | - | - |
S103:如图2所示,将后子级受前子级尾流区影响的运动区域划分为:后子级受前子级尾流区非定常流动效应干扰第一区域、后子级受前子级尾流干扰第二区域,分离体两体不干扰第三区域;在前面步骤基础上,将前子级尾流区分为三个区域,如图1所示,Lw1表示后子级受前子级尾流区非定常流动效应影响、Lw2表示后子级仍受到前子级尾流干扰、Lw3表示分离两体之间干扰很小或不存在干扰。
S104:将分离过程划分为三个阶段:所述分离距离位于第一区域范围内,分离后子级受前子级尾部强剪切流动、分离漩涡、尾激波非定常流动效应影响,气动特性存在非定常现象;所述分离距离介于第一距离与第二距离范围之间,采用网格测力试验或者数值计算方法获得两体气动特性;所述分离距离位于第三区域范围内,按照独立两体开展风洞测力试验或者数值计算,分别获得各自的气动特性,具体地,
a)Lf<Lw1,该分离距离范围内,分离体处于前子级尾流区范围内,分离两体之间存在相互干扰,分离后子级受到前子级尾部强剪切流动、分离漩涡、尾激波等非定常流动效应影响,气动特性存在非定常现象;
b)Lw1≤Lf≤Lw2,分离体已退离前子级尾流区,但气动特性仍受到分离前子级干扰,采用网格测力试验或者数值计算方法获得两体气动特性;
c)Lf>Lw2,分离两体间不存在相互干扰,按照独立两体开展风洞测力试验或者数值计算,分别获得各自的气动特性。
S105:针对步骤S104的a)阶段,需要将两体气动特性分解为定常值、非定常值两部分。一般来说,分离后子级气动特性的非定常主要由前子级尾流区内的非定常流动作用引起,而前子级的气动特性主要受干扰前传及尾部空腔内非定常流动引起。
针对S105所描述的非定常值,通过非定常数值计算获得前、后体在特定高度H、马赫数Ma、攻角α和侧滑角β时,不同分离距离Lf和相对姿态角φ下的非定常气动特性,将其描述为CF_unsteady,包括不随时间变化的基准值和随时间变化的脉动值。数值计算流程包括:1)确定计算状态,需要确定的参数包括分离距离Lf和相对姿态角φ;2)选择合适的数值计算工具;3)完成计算网格划分;4)开展数值计算;5)完成计算结果处理与分析。
针对S105所描述的定常值,可以选择在风洞中采用网格测力试验或者数值计算方法获得前、后子级的定常气动特性。风洞试验流程包括:1)制定试验方案;2)试验模型设计加工;3)开展网格测力试验;4)试验数据处理与分析。数值计算流程见步骤6相关描述。同时,分析不同分离距离Lf和相对姿态角φ时,前、后子级定常气动特性随高度H、马赫数Ma、攻角α、侧滑角β的变化规律。并结合步骤6中的结果获得不同高度H、马赫数Ma、攻角α和侧滑角β时的基准值。
本发明提出的用于分离两体非定常气动特性的方法,从工程应用上快速、准确地反映嵌入式多体分离过程中分离体的气动特性变化规律,解决复杂流场环境下分离过程中的两体气动特性非定常预示问题。实现复杂工程外形嵌入式分离过程两体非定常气动特性设计。
显然,上述具体实施案例仅仅是为了说明本方法应用所作的举例,而非对实施方式的限定,对于该领域的一般技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动,用以研究其他相关问题。因此,本发明的保护范围都应以权利要求的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的电子设备等实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (7)
1.用于分离两体非定常气动特性的方法,其特征在于,所述方法包括:
分析分离工况下飞行器底部气体流动特性;
获取不同分离距离下两体间的相对姿态信息;
将后子级受前子级尾流区影响的运动区域划分为:后子级受前子级尾流区非定常流动效应干扰第一区域、后子级受前子级尾流干扰第二区域,分离体两体不干扰第三区域;
根据分离距离范围,分别获取两体的气动特性,所述两体的气动特性包括定常值和非定常值;
根据所述非定常值计算不同分离距离和姿态信息下的非定常气动特性;根据所述定常值获得前、后子级的定常气动特性。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据分离距离范围,分别获取两体的气动特性,包括:所述分离距离位于第一区域范围内,分离后子级受前子级尾部强剪切流动、分离漩涡、尾激波非定常流动效应影响,气动特性存在非定常现象;所述分离距离介于第一距离与第二距离范围之间,采用网格测力试验或者数值计算方法获得两体气动特性;所述分离距离位于第三区域范围内,按照独立两体开展风洞测力试验或者数值计算,分别获得各自的气动特性。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述姿态信息包括高度、马赫数、功角、侧滑角。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据所述非定常值计算不同分离距离和姿态信息下的非定常气动特性,包括:通过非定常数值计算获得两体在特定高度、马赫数、攻角和侧滑角,不同分离距离和相对姿态角下的非定常气动特性,所述非定常气动特性包括不随时间变化的基准值和随时间变化的脉动值。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述定常值获得前、后子级的定常气动特性通过网格测力试验或者数值计算方法实现,包括不同分离距离和相对姿态角时,前、后子级定常气动特性随高度、马赫数、攻角、侧滑角变化的基准值。
6.一种智能设备,其特征在于,包括:发送器、接收器、存储器和处理器;
所述存储器用于存储计算机指令;所述处理器用于运行所述存储器存储的所述计算机指令实现权利要求1至5任一项所述用于分离两体非定常气动特性的方法。
7.一种存储介质,其特征在于,包括:可读存储介质和计算机指令,所述计算机指令存储在所述可读存储介质中;所述计算机指令用于实现权利要求1至5任一项所述用于分离两体非定常气动特性的方法。
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