CN112945515B - 一种风洞试验模型腹支撑干扰预测方法 - Google Patents
一种风洞试验模型腹支撑干扰预测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种风洞试验模型腹支撑干扰预测方法。本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法通过网格化的单个模型腹支撑和尾支撑风洞测力试验数据，获得腹支撑试验干扰量；通过不同模型姿态角和腹支撑几何参数的CFD计算数据，获得腹支撑计算干扰量；随后，采用风洞测力试验数据对腹支撑计算干扰量进行修正；最后，以修正后的干扰量建立不同模型姿态和腹支撑几何参数的六分量气动力系数的腹支撑干扰数学模型。本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法具有较高实效性，解决了风洞试验模型的腹支撑干扰预测问题。
Description
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种风洞试验模型腹支撑干扰预测方法。
背景技术
风洞试验中，由于尾支撑的干扰量很小，几乎不需要考虑尾支撑的干扰修正，单个模型通常采用尾支撑方式开展试验。但是，如果单个模型的质量很大，尺寸面积较大，总压较高时，那么风洞启动关车时冲击载荷较大，模型抖动剧烈造成尾支撑的刚度不足，就会会采用腹支撑方式开展试验。腹支撑的干扰量较大，需要进行腹支撑干扰修正。
对于多体分离风洞试验，考虑行程、级间干扰等因素，总会有一个模型采用腹支撑方式。腹支撑对测试模型气动载荷测量必然产生干扰。多体分离风洞试验中腹支撑的干扰扣除一直是分离试验的难题。采用CFD预测腹支撑干扰与真实情况往往有较大差距，且不能将全部的腹支撑干扰量计算出来。而完全采用试验方法测量腹支撑干扰会带来模型结构重量增加，设计、加工周期变长，试验成本大大增加，还可能带来流场堵塞等新问题。受时间、人力、加工以及风洞试验成本等制约，无论CFD计算或风洞试验都不能满足高密度的腹支撑干扰预测，为满足风洞试验扣除腹支撑干扰和腹支撑优化设计的需求，有必要发展一种新的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种风洞试验模型腹支撑干扰预测方法。
本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法使用的装置包括风洞试验模型，与风洞试验模型匹配的腹支撑和尾支撑，六分量测力试验天平；所述的预测方法包括以下步骤：
a.将风洞试验模型的三个姿态角划分成网格，攻角α等分成n份，侧滑角β等分成m份，滚转角γ等分成p份，共有n×m×p个网格节点；
b.在风洞中采用腹支撑方式安装风洞试验模型，腹支撑下端与风洞攻角机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的姿态角，风洞试验获得n×m×p个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-EXP、法向力系数CNF-EXP、侧向力系数CZF-EXP、滚转力矩系数CMXF-EXP、偏航力矩系数CMYF-EXP、俯仰力矩系数CMZF-EXP；
c.在风洞中采用尾支撑方式安装风洞试验模型，尾支撑后端与风洞攻角机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的姿态角，风洞试验获得n×m×p个网格节点的尾支撑状态轴向力系数CAW-EXP、法向力系数CNW-EXP、侧向力系数CZW-EXP、滚转力矩系数CMXW-EXP、偏航力矩系数CMYW-EXP、俯仰力矩系数CMZW-EXP；
d.分别计算n×m×p个网格节点的腹支撑状态与尾支撑状态的风洞试验气动系数差量ΔCA-EXP、ΔCN-EXP、ΔCZ-EXP、ΔCMX-EXP、ΔCMY-EXP、ΔCMZ-EXP，其中ΔCA-EXP＝CAF-EXP-CAW-EXP、ΔCN-EXP＝CNF-EXP-CNW-EXP、ΔCZ-EXP＝CZF-EXP-CZW-EXP、ΔCMX-EXP＝CMXF-EXP-CMXW-EXP、ΔCMY-EXP＝CMYF-EXP-CMYW-EXP、ΔCMZ-EXP＝CMZF-EXP-CMZW-EXP；
e.以步骤b中的实物腹支撑的几何参数作为基准，分别建立腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL序列q1、q2、q3、q4，腹支撑总数为q＝q1×q2×q3×q4，计算q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-CFD、法向力系数CNF-CFD、侧向力系数CZF-CFD、滚转力矩系数CMXF-CFD、偏航力矩系数CMYF-CFD、俯仰力矩系数CMZF-CFD；
f.计算与步骤a相同状态的无支撑的风洞试验模型n×m×p个网格节点气动系数，其中轴向力系数CA-CFD、法向力系数Cx-CFD、侧向力系数CZ-CFD、滚转力矩系数CMX-CFD、偏航力矩系数CMY-CFD、俯仰力矩系数CMZ-CFD；
g.将步骤e的q组腹支撑计算结果分别与对应的步骤f的无支撑计算结果相减，得到q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔCA-CFD、ΔCN-CFD、ΔCZ-CFD、ΔCMX-CFD、ΔCMY-CFD、ΔCMZ-CFD，其中ΔCA-CFD＝CAF-CFD-CA-CFD、ΔCN-CFD＝CNF-CFD-CN-CFD、ΔCZ-CFD＝CZF-CFD-CZ-CFD、ΔCMX-CFD＝CMXF-CFD-CMX-CFD、ΔCMY-CFD＝CMYF-CFD-CMY-CFD、ΔCMZ-CFD＝CMZF-CFD-CMZ-CFD；
h.计算其中一组，即与步骤b的腹支撑相同的n×m×p个网格节点的腹支撑干扰量修正系数η，η_CA＝ΔCA-EXP/ΔCA-CFD、η_CN＝ΔCN-EXP/ΔCN-CFD、η_CZ＝ΔCZ-EXP/ΔCZ-CFD、η_CMX＝ΔCMX-EXP/ΔCMX-CFD、η_CMY＝ΔCMY-EXP/ΔCMY-CFD、η_CMZ＝ΔCMZ-EXP/ΔCMZ-CFD；
i.采用步骤h的n×m×p个网格节点的修正系数对应修正步骤g中的q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD，其中ΔC′A-CFD＝ΔCA-CFD×η_CA、ΔC′N-CFD＝ΔCN-CFD×η_CN、ΔC′Z-CFD＝ΔCZ-CFD×η_CZ、ΔC′MX-CFD＝ΔCMX-CFD×η_CMX、ΔC′MY-CFD＝ΔCMY-CFD×η_CMY、ΔC′MZ-CFD＝ΔCMZ-CFD×η_CMZ；
j.将步骤i中的q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量作为样点，分别构建ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的Kriging数学模型和MLS数学模型；
k.在Kriging数学模型和MLS数学模型中输入任意的攻角α、侧滑角β、滚转角γ、腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL，进行腹支撑干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的预测。
进一步地，所述的预测方法根据需求进行简化，选取攻角α、侧滑角β、滚转角γ、腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL中的二个或二个以上作为输入输出变量。
进一步地，所述的预测方法根据级间分离风洞试验需求，增加级间距X/D作为输入输出变量。
本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法通过网格化的单个模型腹支撑和尾支撑风洞测力试验数据，获得腹支撑试验干扰量；通过不同模型姿态角和腹支撑几何参数的CFD计算数据，获得腹支撑计算干扰量；随后采用风洞测力试验数据对腹支撑计算干扰量进行修正；最后，以修正后的计算干扰量建立不同模型姿态和腹支撑几何参数的六分量气动力系数的腹支撑干扰数学模型。
本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法可以预测任意模型姿态和腹支撑几何参数下的腹支撑干扰量，实现高密度的腹支撑干扰量预测。
本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法利用了风洞试验结果对CFD结果进行修正，提高CFD结果精度，采用数学建模方法实现高密度的干扰量插值，降低了CFD计算和风洞试验的成本。
本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法适用于多体分离试验模型的腹支撑干扰修正。
本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法简单、高效，易于操作，具有较高的时效性，可以快速完成不同分离状态的腹支撑干扰预测，为腹支撑干扰修正提供数据。
附图说明
图1a为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用腹支撑方式安装的风洞试验模型示意图(剖面图)；
图1b为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用腹支撑方式安装的风洞试验模型示意图(立体图)；
图2为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用尾支撑方式安装的风洞试验模型示意图(立体图)；
图3为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法的无支撑CFD计算模型示意图(立体图)；
图4为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法的实施例1的并联模型示意图(立体图)；
图5a为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法的实施例2的串联模型示意图(腹支撑)；
图5b为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法的实施例2的串联模型示意图(尾支撑)；
图5c为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法的实施例2的串联模型示意图(无支撑)；
图6为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用无支撑方式的CFD计算马赫数等值线云图(α＝0°，X/D＝0.5)；
图7为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用腹支撑方式的CFD计算马赫数等值线云图(α＝0°，X/D＝0.5)；
图8为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用无支撑方式的CFD纹影图(α＝4°，X/D＝0.1)；
图9为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用腹支撑方式的CFD纹影图(α＝4°，X/D＝0.1)；
图10为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法获得的二级轴向力干扰量Kriging数学模型；
图11为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法获得的二级法向力干扰量Kriging数学模型。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法使用的装置包括风洞试验模型，与风洞试验模型匹配的腹支撑和尾支撑，六分量测力试验天平；所述的预测方法包括以下步骤：
a.将风洞试验模型的三个姿态角划分成网格，攻角α等分成n份，侧滑角β等分成m份，滚转角γ等分成p份，共有n×m×p个网格节点；
b.如图1a、图1b所示，在风洞中采用腹支撑方式安装风洞试验模型，腹支撑下端与风洞攻角机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的姿态角，风洞试验获得n×m×p个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-EXP、法向力系数CNF-EXP、侧向力系数CZF-EXP、滚转力矩系数CMXF-EXP、偏航力矩系数CMYF-EXP、俯仰力矩系数CMZF-EXP；
c.如图2所示，在风洞中采用尾支撑方式安装风洞试验模型，尾支撑后端与风洞攻角机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的姿态角，风洞试验获得n×m×p个网格节点的尾支撑状态轴向力系数CAW-EXP、法向力系数CNW-EXP、侧向力系数CZW-EXP、滚转力矩系数CMXW-EXP、偏航力矩系数CMYW-EXP、俯仰力矩系数CMZW-EXP；
d.分别计算n×m×p个网格节点的腹支撑状态与尾支撑状态的风洞试验气动系数差量ΔCA-EXP、ΔCN-EXP、ΔCZ-EXP、ΔCMX-EXP、ΔCMY-EXP、ΔCMZ-EXP，其中ΔCA-EXP＝CAF-EXP-CAW-EXP、ΔCN-EXP＝CNF-EXP-CNW-EXP、ΔCZ-EXP＝CZF-EXP-CZW-EXP、ΔCMX-EXP＝CMXF-EXP-CMXW-EXP、ΔCMY-EXP＝CMYF-EXP-CMYW-EXP、ΔCMZ-EXP＝CMZF-EXP-CMZW-EXP；
e.以步骤b中的实物腹支撑的几何参数作为基准，分别建立腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL序列q1、q2、q3、q4，腹支撑总数为q＝q1×q2×q3×q4，计算q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-CFD、法向力系数CNF-CFD、侧向力系数CZF-CFD、滚转力矩系数CMXF-CFD、偏航力矩系数CMYF-CFD、俯仰力矩系数CMZF-CFD；
f.计算与步骤a相同状态的无支撑的风洞试验模型n×m×p个网格节点气动系数，其中轴向力系数CA-CFD、法向力系数CN-CFD、侧向力系数CZ-CFD、滚转力矩系数CMX-CFD、偏航力矩系数CMY-CFD、俯仰力矩系数CMZ-CFD；
g.将步骤e的q组腹支撑计算结果分别与对应的步骤f的无支撑计算结果相减，得到q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔCA-CFD、ΔCN-CFD、ΔCZ-CFD、ΔCMX-CFD、ΔCMY-CFD、ΔCMZ-CFD，其中ΔCA-CFD＝CAF-CFD-CA-CFD、ΔCN-CFD＝CNF-CFD-CN-CFD、ΔCZ-CFD＝CZF-CFD-CZ-CFD、ΔCMX-CFD＝CMXF-CFD-CMX-CFD、ΔCMY-CFD＝CMYF-CFD-CMY-CFD、ΔCMZ-CFD＝CMZF-CFD-CMZ-CFD；
h.计算其中一组，即与步骤b的腹支撑相同的n×m×p个网格节点的腹支撑干扰量修正系数η，η_CA＝ΔCA-EXP/ΔCA-CFD、η_CN＝ΔCN-EXP/ΔCN-CFD、η_CZ＝ΔCZ-EXP/ΔCZ-CFD、η_CMX＝ΔCMX-EXP/ΔCMX-CFD、η_CMY＝ΔCMY-EXP/ΔCMY-CFD、η_CMZ＝ΔCMZ-EXP/ΔCMZ-CFD；
i.采用步骤h的n×m×p个网格节点的修正系数对应修正步骤g中的q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD，其中ΔC′A-CFD＝ΔCA-CFD×η_CA、ΔC′N-CFD＝ΔCN-CFD×η_CN、ΔC′Z-CFD＝ΔCZ-CFD×η_CZ、ΔC′MX-CFD＝ΔCMX-CFD×η_CMX、ΔC′MY-CFD＝ΔCMY-CFD×η_CMY、ΔC′MZ-CFD＝ΔCMZ-CFD×η_CMZ；
j.将步骤i中的q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量作为样点，分别构建ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的Kriging数学模型和MLS数学模型；
k.在Kriging数学模型和MLS数学模型中输入任意的攻角α、侧滑角β、滚转角γ、腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL，进行腹支撑干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的预测。
进一步地，所述的预测方法根据需求进行简化，选取攻角α、侧滑角β、滚转角γ、腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL中的二个或二个以上作为输入输出变量。
进一步地，所述的预测方法根据级间分离风洞试验需求，增加级间距X/D作为输入输出变量。
实施例1
如图4所示，本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法使用的装置为并联式TSTO背驮组合空天飞行器两级分离模型，一级模型为飞行器主体(位于下方)，二级模型为飞行器分离体(位于上方)；一级模型内安装一台六分量杆式天平，一级模型的腹支撑与下攻角机构固定连接；二级模型内安装一台六分量杆式天平，二级模型的尾支撑与上CTS机构固定连接；
为保持马赫数、动压天地一致，风洞数据与天上轨迹预测样点分布的一致性，风洞试验和数值计算的马赫数均为M6，模拟高度30km，风洞动压约30kPa。状态参数包括攻角α、侧滑角β共两个变量。
具体步骤如下：
a.样点采用均匀网格分布设计，攻角α和侧滑角β分别取3个等分的离散值，两个变量共有3×3＝9个网格节点；
b.在风洞中采用腹支撑方式安装风洞试验模型，腹支撑下端与风洞攻角机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的攻角α和侧滑角β，风洞试验获得3×3个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-EXP、法向力系数CNF-EXP、侧向力系数CZF-EXP、滚转力矩系数CMXF-EXP、偏航力矩系数CMYF-EXP、俯仰力矩系数CMZF-EXP；
c.在风洞中采用尾支撑方式安装风洞试验模型，尾支撑后端与上CTS机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的姿态角，风洞试验获得3×3个网格节点的尾支撑状态轴向力系数CAW-EXP、法向力系数CNW-EXP、侧向力系数CZW-EXP、滚转力矩系数CMXW-EXP、偏航力矩系数CMYW-EXP、俯仰力矩系数CMZW-EXP；
d.分别计算3×3个网格节点的腹支撑状态与尾支撑状态的风洞试验气动系数差量ΔCA-EXP、ΔCN-EXP、ΔCZ-EXP、ΔCMX-EXP、ΔCMY-EXP、ΔCMZ-EXP，其中ΔCA-EXP＝CAF-EXP-CAW-EXP、ΔCN-EXP＝CNF-EXP-CNW-EXP、ΔCZ-EXP＝CZF-EXP-CZW-EXP、ΔCMX-EXP＝CMXF-EXP-CMXW-EXP、ΔCMY-EXP＝CMYF-EXP-CMYW-EXP、ΔCMZ-EXP＝CMZF-EXP-CMZW-EXP；
e.以步骤b中的实物腹支撑的几何参数作为基准，建立腹支撑前缘尖劈角λ序列为λ＝20°、30°、40°，q1＝3，计算3组，每组3×3个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-CFD、法向力系数CNF-CFD、侧向力系数CZF-CFD、滚转力矩系数CMXF-CFD、偏航力矩系数CMYF-CFD、俯仰力矩系数CMZF-CFD；
f.计算与步骤a相同状态的无支撑的风洞试验模型3×3个网格节点气动系数，其中轴向力系数CA-CFD、法向力系数CN-CFD、侧向力系数CZ-CFD、滚转力矩系数CMX-CFD、偏航力矩系数CMY-CFD、俯仰力矩系数CMZ-CFD；
g.将步骤e的3组腹支撑计算结果分别与对应的步骤f的无支撑计算结果相减，得到3组，每组3×3个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔCA-CFD、ΔCN-CFD、ΔCZ-CFD、ΔCMX-CFD、ΔCMY-CFD、ΔCMZ-CFD，其中ΔCA-CFD＝CAF-CFD-CA-CFD、ΔCN-CFD＝CNF-CFD-CN-CFD、ΔCZ-CFD＝CZF-CFD-CZ-CFD、ΔCMX-CFD＝CMXF-CFD-CMX-CFD、ΔCMY-CFD＝CMYF-CFD-CMY-CFD、ΔCMZ-CFD＝CMZF-CFD-CMZ-CFD；
h.计算λ＝30°即与步骤b的腹支撑相同的3×3个网格节点的腹支撑干扰量修正系数η，η_CA＝ΔCA-EXP/ΔCA-CFD、η_CN＝ΔCN-EXP/ΔCN-CFD、η_CZ＝ΔCZ-EXP/ΔCZ-CFD、η_CMX＝ΔCMX-EXP/ΔCMX-CFD、η_CMY＝ΔCMY-EXP/ΔCMY-CFD、η_CMZ＝ΔCMZ-EXP/ΔCMZ-CFD；
i.采用步骤h的3×3个网格节点的修正系数对应修正步骤g中的3组，每组3×3个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD，其中ΔC′A-CFD＝ΔCA-CFD×η_CA、ΔC′N-CFD＝ΔCN-CFD×η_CN、ΔC′Z-CFD＝ΔCZ-CFD×η_CZ、ΔC′MX-CFD＝ΔCMX-CFD×η_CMX、ΔC′MY-CFD＝ΔCMY-CFD×η_CMY、ΔC′MZ-CFD＝ΔCMZ-CFD×η_CMZ；
j.将步骤i中的3组，每组3×3个网格节点的腹支撑计算干扰量作为样点，分别构建ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的Kriging数学模型和MLS数学模型；
k.在Kriging数学模型和MLS数学模型中输入任意的攻角α、侧滑角β、腹支撑前缘尖劈角λ，进行腹支撑干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的预测。
实施例2
本实施例与实施例1的实施方式基本相同，主要区别在于，所述的步骤a中的并联式TSTO背驮组合空天飞行器两级分离模型替换为如图5a、图5b、图5c所示的串联组合两级风洞试验模型，前面的模型为飞行器头体，定义为二级模型，后面的模型为助推级模型，定义为一级模型。模型网格测力试验变化的状态参数包括攻角α、级间距X/D共两个变量。
图6为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用无支撑方式的CFD计算马赫数等值线云图(α＝0°，X/D＝0.5)，级间区域有级间喷流射出。图7为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用腹支撑方式的CFD计算马赫数等值线云图(α＝0°，X/D＝0.5)，级间区域喷流的出射高度与图6相比有所增大。图8为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用无支撑方式的CFD纹影图(α＝4°，X/D＝0.1)，图中绘制密度场梯度云图，显示了模型头激波、喷流激波的形状和位置。图9为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法采用腹支撑方式的CFD纹影图(α＝4°，X/D＝0.1)，显示了有腹支撑时模型头激波、喷流激波的形状和位置。从计算的流场结构云图可知，腹支撑对喷流影响域产生了较大影响，有腹支撑时腹支撑一侧喷流的影响域增大。图10为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法获得的二级轴向力干扰量Kriging数学模型，从Kriging数学模型可以看出二级轴向力干扰量随二级模型攻角和级间距的变化规律，呈现出干扰量随级间距的减小呈现增大趋势；图11为本发明的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法获得的二级法向力干扰量Kriging数学模型，从图中可见二级法向力干扰量随攻角变化规律与级间距相关，不同攻角下随级间距的变化规律也不相同，一般地攻角和级间距越大腹支撑干扰量越小。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (3)
1.风洞试验模型腹支撑干扰预测方法，其特征在于：所述的预测方法使用的装置包括风洞试验模型，与风洞试验模型匹配的腹支撑和尾支撑，六分量测力试验天平；所述的预测方法包括以下步骤：
a.将风洞试验模型的三个姿态角划分成网格，攻角α等分成n份，侧滑角β等分成m份，滚转角γ等分成p份，共有n×m×p个网格节点；
b.在风洞中采用腹支撑方式安装风洞试验模型，腹支撑下端与风洞攻角机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的姿态角，风洞试验获得n×m×p个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-EXP、法向力系数CNF-EXP、侧向力系数CZF-EXP、滚转力矩系数CMXF-EXP、偏航力矩系数CMYF-EXP、俯仰力矩系数CMZF-EXP；
c.在风洞中采用尾支撑方式安装风洞试验模型，尾支撑后端与风洞攻角机构连接，通过攻角机构改变风洞试验模型的姿态角，风洞试验获得n×m×p个网格节点的尾支撑状态轴向力系数CAW-EXP、法向力系数CNW-EXP、侧向力系数CZW-EXP、滚转力矩系数CMXW-EXP、偏航力矩系数CMYW-EXP、俯仰力矩系数CMZW-EXP；
d.分别计算n×m×p个网格节点的腹支撑状态与尾支撑状态的风洞试验气动系数差量ΔCA-EXP、ΔCN-EXP、ΔCZ-EXP、ΔCMX-EXP、ΔCMY-EXP、ΔCMZ-EXP，其中ΔCA-EXP＝CAF-EXP-CAW-EXP、ΔCN-EXP＝CNF-EXP-CNW-EXP、ΔCZ-EXP＝CZF-EXP-CZW-EXP、ΔCMX-EXP＝CMXF-EXP-CMXW-EXP、ΔCMY-EXP＝CMYF-EXP-CMYW-EXP、ΔCMZ-EXP＝CMZF-EXP-CMZW-EXP；
e.以步骤b中的实物腹支撑的几何参数作为基准，分别建立腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL序列q1、q2、q3、q4，腹支撑总数为q＝q1×q2×q3×q4，计算q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑状态轴向力系数CAF-CFD、法向力系数CNF-CFD、侧向力系数CZF-CFD、滚转力矩系数CMXF-CFD、偏航力矩系数CMYF-CFD、俯仰力矩系数CMZF-CFD；
f.计算与步骤a相同状态的无支撑的风洞试验模型n×m×p个网格节点气动系数，其中轴向力系数CA-CFD、法向力系数CN-CFD、侧向力系数CZ-CFD、滚转力矩系数CMX-CFD、偏航力矩系数CMY-CFD、俯仰力矩系数CMZ-CFD；
g.将步骤e的q组腹支撑计算结果分别与对应的步骤f的无支撑计算结果相减，得到q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔCA-CFD、ΔCN-CFD、ΔCZ-CFD、ΔCMX-CFD、ΔCMY-CFD、ΔCMZ-CFD，其中ΔCA-CFD＝CAF-CFD-CA-CFD、ΔCN-CFD＝CNF-CFD-CN-CFD、ΔCZ-CFD＝CZF-CFD-CZ-CFD、ΔCMX-CFD＝CMXF-CFD-CMX-CFD、ΔCMY-CFD＝CMYF-CFD-CMY-CFD、ΔCMZ-CFD＝CMZF-CFD-CMZ-CFD；
h.计算其中一组，即与步骤b的腹支撑相同的n×m×p个网格节点的腹支撑干扰量修正系数η，η_CA＝ΔCA-EXP/ΔCA-CFD、η_CN＝ΔCN-EXP/ΔCN-CFD、η_CZ＝ΔCZ-EXP/ΔCZ-CFD、η_CMX＝ΔCMX-EXP/ΔCMX-CFD、η_CMY＝ΔCMY-EXP/ΔCMY-CFD、η_CMZ＝ΔCMZ-EXP/ΔCMZ-CFD；
i.采用步骤h的n×m×p个网格节点的修正系数对应修正步骤g中的q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD，其中ΔC′A-CFD＝ΔCA-CFD×η_CA、ΔC′N-CFD＝ΔCN-CFD×η_CN、ΔC′Z-CFD＝ΔCZ-CFD×η_CZ、ΔC′MX-CFD＝ΔCMX-CFD×η_CMX、ΔC′MY-CFD＝ΔCMY-CFD×η_CMY、ΔC′MZ-CFD＝ΔCMZ-CFD×η_CMZ；
j.将步骤i中的q组，每组n×m×p个网格节点的腹支撑计算干扰量作为样点，分别构建ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的Kriging数学模型和MLS数学模型；
k.在Kriging数学模型和MLS数学模型中输入任意的攻角α、侧滑角β、滚转角γ、腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL，进行腹支撑干扰量ΔC′A-CFD、ΔC′N-CFD、ΔC′Z-CFD、ΔC′MX-CFD、ΔC′MY-CFD、ΔC′MZ-CFD的预测。
2.根据权利要求1所述的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法，其特征在于：所述的预测方法根据需求进行简化，选取攻角α、侧滑角β、滚转角γ、腹支撑前缘尖劈角λ、后掠角δ、厚度HL和沿气流方向的上缘宽度DL中的二个或二个以上作为输入输出变量。
3.根据权利要求1所述的风洞试验模型腹支撑干扰预测方法，其特征在于：所述的预测方法根据级间分离风洞试验需求，增加级间距X/D作为输入输出变量。
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