风洞虚拟飞行试验相似准则和模拟方法研究

先进飞行器高机动飞行时，其气动特性和运动特性之间存在强烈的非线性耦合，传统的风洞试验技术无法实现较为真实的模拟机动运动，难以有效揭示复杂的气动/运动非线性耦合特性与机理，因此需要发展新的风洞试验技术- - 风洞虚拟飞行试验，它是把飞行器模型安装在风洞中具有三个转动自由度的专用支撑装置上，让三个角位移可以自由转动或者按照飞行器的飞行要求实时操纵控制舵面，来实现较为真实的模拟飞行器机动运动过程，进而达到探索其气动/运动耦合机理的目的。发展风洞虚拟飞行试验，其相似准则和模拟方法是必须首先要解决的核心理论问题。本项研究拟采用理论分析、建模仿真和风洞试验相结合的方法，来研究确定风洞虚拟飞行的相似准则和模拟方法，为风洞虚拟飞行试验的发展提供理论支撑，进而为气动/运动非线性耦合特性与机理研究奠定试验基础。

高机动性和高敏捷性是现代先进飞行器的关键技术特征。飞行器高机动飞行时，姿态角和角速度变化剧烈，周围的绕流呈现强烈的非定常特性，并与运动特征密切相关，从而使飞行器的气动参数和运动参数之间形成强烈的非线性耦合。这种非线性耦合容易诱发非指令运动，危及飞行安全。. 传统基于线性叠加原理的风洞试验技术割裂了气动和运动之间耦合关系，无法有效揭示非线性耦合特性和机理，因此需要发展模拟真实机动飞行的新风洞试验技术——风洞虚拟飞行试验，它是把飞行器模型安装在风洞中具有三个转动自由度的专用支撑装置上，让三个角位移可以自由转动或者按照飞行器的飞行要求实时操纵控制舵面，来实现较为逼真的模拟飞行器机动运动过程，进而达到探索其气动/运动耦合特性和机理的目的。发展风洞虚拟飞行试验，其相似准则和模拟方法是必须首先要解决的基础理论问题。. 本项目围绕风洞虚拟飞行试验的相似准则和模拟方法开展研究，主要研究内容包括：先进飞行器典型机动运动对风洞虚拟飞行试验的模拟要求分析，风洞虚拟飞行试验相似准则分析与验证，风洞虚拟飞行试验模拟方法分析与验证。为此，在对先进飞行器典型机动运动特性分析的基础上，提出了风洞虚拟飞行试验的模拟要求；依据相似理论分析了风洞虚拟飞行试验的相似准则，建立了气动/飞行力学一体化数值模拟方法，对相似准则进行了数值验证，分析了相似参数对机动运动特性的影响；采用气动建模和飞行仿真方法，分析了风洞虚拟飞行试验的模拟方法，开展了模拟方法的风洞虚拟飞行验证试验。. 通过上述研究，确定了风洞虚拟飞行试验的相似准则和模拟方法，为风洞虚拟飞行试验技术的发展提供了理论支撑，进而为先进飞行器气动/运动非线性耦合特性和机理研究奠定了试验基础。