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基于DMD方法的飞翼小振幅振荡频率对动导数特性影响机理研究

批准号:
12102415
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王方剑
学科分类:
空气动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王方剑

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
飞翼布局是实现新一代战斗机隐身、气动一体化设计的理想选择。在飞行器稳定性设计中,动导数是飞行器动稳定性的重要表征参数。在风洞试验中发现,飞翼标模在大攻角下俯仰振荡频率对动导数影响很大,严重时甚至会出现动导数变号的现象,这将极大影响对飞翼动稳定性的评估。针对这种现象,拟采用延迟脱体涡模拟方法(DDES)及动力学模态分解方法(DMD),将大攻角下飞翼标模复杂流动降阶为若干典型流动的线性组合,通过模拟飞翼标模在不同频率下小振幅振荡运动,获取大攻角分离流动模态的响应特性,建立微观结果(流动模态)与宏观性能指标(动导数)的联系,揭示飞翼振荡频率对动稳定性影响机理,为我国飞翼布局飞行器稳定性设计提供理论指导。
英文摘要
The flying-wing configuration is one of the ideal choices for the integration design of stealth and aerodynamic of the new generation fighters. In the aerodynamic stability design of aircraft, the dynamic derivative is an important parameter to characterize the dynamic stability of aircraft. In the wind tunnel test, it is found that the oscillation frequency of the flying-wing model has a great influence on the dynamic derivatives at high angle of attack, and in severe cases, the dynamic derivatives may even change sign, which will greatly affect the evaluation of the dynamic stability of the flying-wing. The Delay Detached Eddy Simulation (DDES) and Dynamic Mode Decomposition (DMD) are adopted to simplify complex separated flow at high angle of attack to some linear combinations of typical flows. By simulating the small amplitude oscillation motion of the flying-wing at different frequencies, the response characteristics of the leeward separation flow modal are obtained, and the relationship between the microscopic characteristics (flow modal) and the macroscopic performance indicators (dynamic derivatives) is established, and the influence mechanism of the oscillation frequency on the dynamic stability characteristics can be explored. The research results can provide theoretical guidance for the stability design of the new generation of fighters with flying-wing configuration.
飞翼布局是一种高度融合翼身组合体布局,是实现隐身\气动一体化设计的理想选择之一,但由于其全机没有平尾、垂尾等安定面,导致飞翼布局飞行器气动控制能力较弱,因此对于飞翼布局的动稳定性参数的精准预测和流动机理研究对于飞翼布局的控制系统设计有重要意义。本项目针对飞翼标模在大攻角下,振荡频率对动稳定导数影响很大的问题,开展了飞翼标模在Ma=0.6下的静态气动特性、非定常气动特性研究,获取了飞翼标模背风侧典型流动特征及其频率特性(集中涡、涡破裂、螺旋波等),同时采用动力学模态分解方法(DMD)对飞翼标模在大攻角下不同频率振荡过程的复杂非定常流动进行分析研究,研究表明飞翼标模的俯仰动导数在研究攻角范围内均为动稳定,在攻角α=20~30°范围振荡频率对动导数影响较大;飞翼标模非定常流动在中等攻角(α=20~35°)体现为旋涡破裂流动特征,在大攻角(α=40~60°)体现为多尺度大分离流动特征;飞翼标模振荡频率对动导数影响较大的物理机理和旋涡破裂流动现象直接相关,在DMD模态上不同频率没有体现出明显的差别,但是不同频率的振荡周期内,涡破裂位置存在明显的相位差,从而带来动稳定性的差别,揭示了研究飞翼振荡频率对动稳定性特性的影响机理,建立了流动特性与宏观性能指标(动导数)的联系,为我国飞翼布局飞行器稳定性设计提供理论支持。
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