CN109540459B - 一种气动特性数值计算结果修正方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种气动特性数值结果修正方法，属于直升机试验技术领域，本申请的气动特性数值结果修正方法通过对获取与目标直升机气动结构相似的现有直升机气动特性风洞试验值和CFD计算值，得到气动特性CFD计算值的修正系数，并通过修正系数得到目标直升机的气动特性CFD计算值。本申请的气动特性数值结果修正方法与风洞试验获得气动特性数值的方法相比，可以缩短70％的设计时间，同时能降低成本，为直升机快速设计和降低成本提供了有效可行的方法。

Description

一种气动特性数值计算结果修正方法
技术领域
本申请属于直升机试验技术领域，特别涉及一种气动特性数值计算结果修正方法。
背景技术
在直升机研制过程中，机身和各部件的气动特性是比较重要的基础数据，是对直升机的飞行性能、飞行品质、飞行载荷和旋翼载荷等计算的基础，因此需要获得比较准确的气动特性数据。
在以往的直升机研制过程中，通常采用风洞试验的方法来获得新研机型的气动特性数据。而风洞试验通常需要花费比较长的时间进行试验模型的设计和制造，同时还需要等待风洞的试验时间安排。在风洞试验过程中对直升机外形或某个部件的优化设计方案不能很快地进行验证，需要等待下一次风洞试验时才能得到验证。
发明内容
本申请的目的是提供了一种气动特性数值计算结果修正方法，以解决上述任一问题。
本申请的技术方案是：一种气动特性数值计算结果修正方法，所述修正方法包括：步骤一：获取与目标直升机构型相同的现有直升机风洞试验的气动特性数据；步骤二：根据CFD方法计算所述现有直升机的气动特性数据；步骤三：对比所述现有直升机风洞试验的气动特性数据与所述CFD方法的气动特性数据，若现有直升机风洞试验的气动特性数据与CFD方法的气动特性数据的变化趋势不同，则调整步骤二中的CFD方法，使得现有直升机风洞试验的气动特性数据与CFD方法的气动特性数据的变化趋势相同；步骤四：根据所述现有直升机风洞试验的气动特性数据与所述CFD方法的气动特性数据获得修正系数；步骤五：根据所述CFD方法计算所述目标直升机的气动特性数据；步骤六：根据所述目标直升机的气动特性数据与所述修正系数获得所述目标直升机的风洞试验模拟气动特性数据。
在本申请一实施方式中，步骤一中，所述气动特性数据包括阻力、升力、侧向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩。
在本申请一实施方式中，步骤四中，所述修正系数为：所述现有直升机风洞试验获得的气动特性数据与所述CFD方法获得的气动特性数据的比值。
在本申请一实施方式中，步骤四中，所述修正系数为：所述CFD方法获得的气动特性数据与所述现有直升机风洞试验获得的气动特性数据的比值。
在本申请一实施方式中，获得所述修正系数还包括：获得多组修正系数；根据预定规则获取多组修正系数中的所需的修正系数。
在本申请一实施方式中，所述预定规则包括平均值法、众数法或中位数法。
在本申请一实施方式中，步骤六中，获得所述目标直升机的风洞试验模拟气动特性数据的方法包括：所述目标直升机的气动特性数据与所述修正系数作积运算和所述目标直升机的气动特性数据与所述修正系数作幂运算中的一种或几种。
在本申请一实施方式中，步骤三中，调整CFD方法，使得现有直升机风洞试验的气动特性数据与CFD方法的气动特性数据的变化趋势相同，包括：调整所述CFD方法中的网格划分、湍流模式、边界条件中的一种或几种。
本申请的气动特性数值计算结果修正方法与风洞试验方法相比，可以缩短70％的设计时间，同时能降低成本，为直升机快速设计和降低成本提供了有效可行的方法。本申请将之前的风洞试验数据和成熟的CFD计算方法有效地结合起来，可以比较快速地获得新研机型的气动特性数据，从而为加快直升机型号研制进度和降低研制成本为有效的支持。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的流程图。
图2为本申请一实施例的阻力系数示意图。
图3为本申请一实施例俯仰力矩示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了解决现有技术中，在直升机研发过程中气动特性数据获取仅能通过风洞试验获取，在气动特性数据修改后，不能快速对其进行验证的问题，本申请提出了一种气动特性数值计算结果修正方法，可以快速获得较为准确的新研制直升机(以下称为目标直升机)的气动特性数据。
本申请的气动特性数值计算结果修正方法，包括：
第一、根据目标直升机的机身外形、桨毂外形、起落架构型和尾部气动面等特点，选定与目标直升机的气动外形相类似的现有直升机机型的风洞试验数据和气动外形。
在本申请中，上述气动特性数据包括阻力、升力、侧向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩等。
第二、采用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)方法计算选定的现有直升机的气动特性。在数值计算过程中，CFD计算中的来流速度应与现有直升机的风洞试验条件相同，计算模型气动外形与风洞试验模型尽量保持相同。
第三、将CFD计算得到的气动特性数据和现有直升机的风洞试验值进行对比分析，验证CFD计算方法的准确性和可靠性，若不一致，则调整步骤二中CFD方法中的网格划分、湍流模式等，直至两者的变化趋势相同。
第四、将现有直升机的风洞试验值的气动特性参数和CFD方法得到的阻力、升力、侧向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩等气动参数进行比较，并综合考虑各方面的因素选定修正系数。
在选定修正系数过程中，可以以现有直升机风洞试验的气动特性数据与CFD方法的气动特性数据的比值得到所需的修正系数，或者还可以以CFD方法的气动特性数据与现有直升机风洞试验的气动特性数据的比值得到所需的修正系数。
另外在本申请中，若获得的修正系数为多个，可以按照一定规则获取较为准确且的修正系数，其中，一定规则可以为取平均值、取中位数、或者取众数的方法。
例如在图2所示的实施例中，攻角在-12°～+12度范围内，阻力系数成一阶曲线且阻力系数曲线远离原点，根据风洞试验的气动特性数据与CFD方法获得气动特性数据的比值获得的修正系数依次为1.7、1.6、1.5、1.62、1.71，经过综合评定，选定修正系数为修正系数组中靠中的数值1.6。
又例如在图3所示的另一实施例中，攻角在-12°～+12度范围内，俯仰力矩成线性且俯仰力矩曲线通过原点，根据风洞试验的气动特性数据与CFD方法获得气动特性数据的比值获得的修正系数依次为1.2、1.25、1.31、10、15、12、1.35、1.24。由于在小角度(原点附近)时，风洞试验的气动特性数据与CFD方法获得气动特性数据的比值远大于其他部分，因此在小角度附近的比值可信度非常低，故而在此实施例中，修正系数取不处于小角度范围内的比值的中间值1.25。
第五、采用相同的CFD方法对目标直升机进行气动特性计算，CFD方法中的网格划分、计算过程中的湍流模式选取、边界条件设置等与之前相同。
第六、通过步骤四中得到的修正系数对目标直升机的气动特性CFD值进行修正，得到目标直升机的气动特性数据。
最后，可以根据修正得到的目标直升机的气动特性数据对目标直升机进行阻力等指标检验，若不满足相关指标，可进行机身和部件外形优化设计。
本申请的气动特性数值计算结果修正方法，可以比较快速地获得目标直升机的气动特性数据，为直升机下一步的飞行性能、飞行品质、飞行载荷和旋翼载荷等计算和评估提供计算基础数据。本申请的气动特性数值计算结果修正方法与风洞试验方法相比，可以缩短70％的设计时间，同时能降低成本。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，所述修正方法包括
步骤一：获取与目标直升机构型相同的现有直升机风洞试验的气动特性数据；
步骤二：根据CFD方法计算所述现有直升机的气动特性数据；
步骤三：对比所述现有直升机风洞试验的气动特性数据与所述CFD方法的气动特性数据，若现有直升机风洞试验的气动特性数据与CFD方法的气动特性数据的变化趋势不同，则调整步骤二中的CFD方法，使得现有直升机风洞试验的气动特性数据与CFD方法的气动特性数据的变化趋势相同；
步骤四：根据所述现有直升机风洞试验的气动特性数据与所述CFD方法的气动特性数据获得修正系数；
步骤五：根据所述CFD方法计算所述目标直升机的气动特性数据；
步骤六：根据所述目标直升机的气动特性数据与所述修正系数获得所述目标直升机的风洞试验模拟气动特性数据。
2.如权利要求1所述的气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，步骤一中，所述气动特性数据包括阻力、升力、侧向力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩。
3.如权利要求1所述的气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，步骤四中，所述修正系数为：所述现有直升机风洞试验获得的气动特性数据与所述CFD方法获得的气动特性数据的比值。
4.如权利要求1所述的气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，步骤四中，所述修正系数为：所述CFD方法获得的气动特性数据与所述现有直升机风洞试验获得的气动特性数据的比值。
5.如权利要求3或4所述的气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，获得所述修正系数还包括
获得多组修正系数；
根据预定规则获取多组修正系数中的所需的修正系数。
6.如权利要求5所述的气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，所述预定规则包括平均值法、众数法或中位数法。
7.如权利要求1所述的气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，步骤六中，获得所述目标直升机的风洞试验模拟气动特性数据的方法包括：所述目标直升机的气动特性数据与所述修正系数作积运算和所述目标直升机的气动特性数据与所述修正系数作幂运算中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的气动特性数值计算结果修正方法，其特征在于，步骤三中，调整CFD方法，使得现有直升机风洞试验的气动特性数据与CFD方法的气动特性数据的变化趋势相同，包括
调整所述CFD方法中的网格划分、湍流模式、边界条件中的一种或几种。
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