本發(fā)明屬于風(fēng)洞試驗(yàn)，具體涉及一種工程適用外掛物分離軌跡修正方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)飛行器的某個(gè)外掛物發(fā)射或者投放出去以后，由于空中流場受到飛行器和飛行器攜帶的其它外掛物的影響，這個(gè)外掛物的飛行軌跡將受到干擾，惡劣情況下會(huì)造成飛行事故，甚至造成機(jī)毀人亡。因此，為了保證飛行器的飛行安全，要選擇合適的發(fā)射或者投放方式和條件，必須在實(shí)際試飛前對(duì)飛行器和外掛物的分離安全性進(jìn)行預(yù)測。目前，進(jìn)行外掛物機(jī)彈分離安全性研究的一個(gè)重要手段是開展捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)。

2、捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)、六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和風(fēng)洞的相互配合，通過測量每一分離時(shí)刻外掛物模型的氣動(dòng)載荷，解算運(yùn)動(dòng)方程求解下一時(shí)刻外掛物模型的位置與姿態(tài)。接到指令后，六自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐的外掛物模型運(yùn)動(dòng)到指定的位置與姿態(tài)測量外掛物模型的氣動(dòng)力與力矩，往復(fù)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)外掛物投放軌跡的模擬。在試驗(yàn)過程中，考慮到真實(shí)的外掛物運(yùn)動(dòng)軌跡是連續(xù)的，其合速度方向始終沿運(yùn)動(dòng)軌跡的切向方向（隨時(shí)間變化），而現(xiàn)有的捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)中，氣流速度大小和方向始終固定不變（不能模擬外掛物相對(duì)于載機(jī)的相對(duì)速度），內(nèi)置天平所測外掛物模型的靜態(tài)氣動(dòng)載荷與真實(shí)外掛物運(yùn)動(dòng)所受的氣動(dòng)載荷存在一定差異。

3、一般而言，外掛物在分離初始時(shí)刻相對(duì)于載機(jī)是靜止的。在分離的最初0.5s時(shí)間內(nèi)，外掛物相對(duì)于載機(jī)的速度一般較?。ㄏ鄬?duì)于載機(jī)的飛行速度）。目前，現(xiàn)有的風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)普遍忽略外掛物相對(duì)于載機(jī)的速度，只模擬載機(jī)相對(duì)于氣流的速度。然而，隨著新的彈射投放的分離方式不斷出現(xiàn)，外掛物在分離初始時(shí)刻的速度已達(dá)到10m/s左右，分離后速度將繼續(xù)增長。受風(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸限制，現(xiàn)有的風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)很難模擬外掛物相對(duì)于載機(jī)的速度。這種情況下，載機(jī)在低馬赫數(shù)下（m=0.4）投彈時(shí)，如果繼續(xù)忽略外掛物相對(duì)于戰(zhàn)機(jī)的速度，就會(huì)導(dǎo)致外掛物實(shí)際速度與風(fēng)洞氣流速度差別較大，這將直接影響外掛物分離軌跡的預(yù)測精準(zhǔn)度。

4、當(dāng)前，亟需發(fā)展一種工程適用外掛物分離軌跡修正方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工程適用外掛物分離軌跡修正方法，用來修正實(shí)際速度與風(fēng)洞氣流速度的差異對(duì)外掛物分離軌跡的影響。

2、本發(fā)明的工程適用外掛物分離軌跡修正方法，包括以下步驟：

3、s10.根據(jù)試驗(yàn)工況，設(shè)置全尺寸外掛物分離初始條件；

4、全尺寸外掛物分離初始條件包括分離初始時(shí)刻的載機(jī)狀態(tài)、全尺寸外掛物相對(duì)于載機(jī)的位置及姿態(tài)、全尺寸外掛物的速度及角速度、全尺寸外掛物的質(zhì)量特性及外掛物模型的質(zhì)量特性；

5、其中，分離初始時(shí)刻的載機(jī)狀態(tài)包括飛行馬赫數(shù)ma，飛行高度h，載機(jī)飛行過載nz，載機(jī)攻角α，載機(jī)側(cè)滑角β；分離初始時(shí)刻的全尺寸外掛物相對(duì)于載機(jī)的位置及姿態(tài)、全尺寸外掛物的速度及角速度、全尺寸外掛物的質(zhì)量特性由全尺寸外掛物研制單位通過地面實(shí)驗(yàn)預(yù)先獲取并提供；

6、s20.建立外掛物模型在無載機(jī)干擾流場下的氣動(dòng)力數(shù)據(jù)庫；

7、外掛物模型為全尺寸外掛物的風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；通過風(fēng)洞自由流試驗(yàn)獲取外掛物模型在無載機(jī)干擾流場下的氣動(dòng)力cs數(shù)據(jù)庫，以供后續(xù)姿態(tài)角修正后氣動(dòng)力插值使用；

8、s30.進(jìn)行風(fēng)洞外掛物模型分離軌跡試驗(yàn)，通過試驗(yàn)天平測量外掛物模型在當(dāng)前位置及姿態(tài)下的氣動(dòng)力和力矩；

9、外掛物模型的氣動(dòng)力系數(shù)，由所獲得的外掛物模型的氣動(dòng)力除以風(fēng)洞來流速壓和外掛物模型的參考面積得到；外掛物模型的氣動(dòng)力矩系數(shù)，由所獲得的外掛物模型的氣動(dòng)力矩值除以風(fēng)洞來流速壓以及外掛物模型的參考面積和參考長度得到；

10、s40.進(jìn)行外掛物模型氣動(dòng)力及力矩修正；

11、s50.結(jié)合外掛物模型在當(dāng)前位置及姿態(tài)下所受的包括重力、彈射力和推力在內(nèi)的外力，獲取外掛物模型在當(dāng)前位置及姿態(tài)下的合力及合力矩；在外掛物模型氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩計(jì)算中，外掛物模型的推力、彈射力在風(fēng)洞軌跡試驗(yàn)前由外部輸入給出；阻尼力矩由外掛物模型阻尼力矩系數(shù)結(jié)合來流速壓、參考面積和長度經(jīng)實(shí)時(shí)計(jì)算求得，其中，阻尼導(dǎo)數(shù)作為常數(shù)值在軌跡試驗(yàn)前由外部輸入給出；

12、外掛物模型阻尼力矩系數(shù)由阻尼導(dǎo)數(shù)和無因次角速度確定；阻尼導(dǎo)數(shù)包括滾轉(zhuǎn)阻尼導(dǎo)數(shù)、俯仰阻尼導(dǎo)數(shù)和偏航阻尼導(dǎo)數(shù)；

13、s60.解算六自由度剛體運(yùn)動(dòng)方程，積分得到外掛物模型在下一時(shí)刻的位置和姿態(tài)；并判斷外掛物模型在下一時(shí)刻的位置和姿態(tài)是否觸發(fā)軌跡模擬結(jié)束的條件；如果未觸發(fā)，則進(jìn)入s30，往復(fù)循環(huán)以獲取外掛物模型分離軌跡；否則，軌跡模擬終止，輸出外掛物模型分離軌跡，風(fēng)洞外掛物模型分離軌跡試驗(yàn)結(jié)束。

14、進(jìn)一步地，所述的s40的進(jìn)行外掛物模型氣動(dòng)力及力矩修正，包括以下步驟：

15、s41.在工程上，外掛物模型在載機(jī)干擾流場下的氣動(dòng)力采用增量法進(jìn)行描述，外掛物模型在載機(jī)干擾流場下總氣動(dòng)力表述如下：

16、；

17、其中，c為外掛物模型在載機(jī)干擾流場下受到的總氣動(dòng)力；△cf為外掛物模型在載機(jī)干擾流場下所受氣動(dòng)力中載機(jī)干擾量部分，△cf值由外掛物模型在載機(jī)干擾流場下的位置（x,y,z）和姿態(tài)（ψ,θ,φ）決定，認(rèn)為外掛物模型當(dāng)?shù)厮俣葘?duì)△cf值不產(chǎn)生影響；cs為外掛物模型在無載機(jī)干擾流場中的氣動(dòng)力，cs值由外掛物模型與飛行速度的夾角決定，即：

18、；

19、其中，（ψ,θ,φ）為外掛物模型相對(duì)于慣性軸系的歐拉角，ψ為外掛物的偏航角，θ為外掛物的俯仰角，φ為外掛物的滾轉(zhuǎn)角；為外掛物模型相對(duì)于氣流軸系的姿態(tài)角，為外掛物模型相對(duì)于氣流的實(shí)際迎角，為外掛物模型相對(duì)于氣流的實(shí)際側(cè)滑角；

20、s42.通過軸系轉(zhuǎn)化將外掛物模型相對(duì)于慣性軸系的歐拉角（ψ,θ,φ）轉(zhuǎn)化為外掛物模型相對(duì)于氣流軸系的姿態(tài)角：

21、；

22、s43.考慮到外掛物模型當(dāng)?shù)厮俣龋╱,v,w），將自由來流速度ua通過軸系轉(zhuǎn)化分解到外掛物模型體軸系上，并與當(dāng)?shù)厮俣券B加，得到外掛物模型在流場中相對(duì)于氣流的實(shí)際速度，進(jìn)而得到外掛物模型相對(duì)于氣流的實(shí)際夾角,具體公式如下：

23、；

24、上式中，ua,x，ua,y，ua,z為自由來流速度ua在外掛物模型體軸系上的速度分量；vx，vy，vz為外掛物模型在氣流中的實(shí)際速度分量；vr為外掛物模型在氣流中合速度的量值；

25、綜合上述公式，得到由當(dāng)?shù)厮俣榷a(chǎn)生的外掛物模型在無載機(jī)干擾流場即自由流氣動(dòng)力增量：

26、；

27、s44.將（8）式中的氣動(dòng)力增量疊加到外掛物模型在載機(jī)流場對(duì)應(yīng)的位置及姿態(tài)下的氣動(dòng)力和力矩上，得到對(duì)外掛物模型當(dāng)?shù)厮俣冗M(jìn)行修正后的氣動(dòng)力和力矩。

28、本發(fā)明的工程適用外掛物分離軌跡修正方法能夠修正實(shí)際速度與風(fēng)洞氣流速度的差異對(duì)外掛物分離軌跡的影響，具有工程實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種工程適用外掛物分離軌跡修正方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程適用外掛物分離軌跡修正方法，其特征在于，所述的s40的進(jìn)行外掛物模型氣動(dòng)力及力矩修正，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種工程適用外掛物分離軌跡修正方法。修正方法包括根據(jù)試驗(yàn)工況，設(shè)置全尺寸外掛物分離初始條件；建立外掛物模型在無載機(jī)干擾流場下的氣動(dòng)力數(shù)據(jù)庫；進(jìn)行風(fēng)洞外掛物模型分離軌跡試驗(yàn)，通過試驗(yàn)天平測量外掛物模型在當(dāng)前位置及姿態(tài)下的氣動(dòng)力和力矩；進(jìn)行外掛物模型氣動(dòng)力及力矩修正；結(jié)合外掛物模型在當(dāng)前位置及姿態(tài)下所受的包括重力、彈射力和推力在內(nèi)的外力，獲取外掛物模型在當(dāng)前位置及姿態(tài)下的合力及合力矩；解算六自由度剛體運(yùn)動(dòng)方程，得到外掛物模型在下一時(shí)刻的位置和姿態(tài)；輸出外掛物模型分離軌跡。修正方法能夠修正實(shí)際速度與風(fēng)洞氣流速度的差異對(duì)外掛物分離軌跡的影響，具有工程實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：郭民,劉洋,于志松,王志賓,高榮釗,周潤,騰達(dá)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28