基于数值虚拟飞行技术的飞行器动态特性分析

doi:10.7527/S1000-6893.2016.0120

气动/运动耦合数值模拟研究

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基于数值虚拟飞行技术的飞行器动态特性分析

黄宇¹, 阎超¹, 席柯², 王文¹

1. 北京航空航天大学航空科学与工程学院, 北京 100083;
2. 中国兵器工业导航与控制技术研究所, 北京 100089

收稿日期:2016-01-11 修回日期:2016-04-06 出版日期:2016-08-15 发布日期:2016-04-20
通讯作者: 阎超,Tel.:010-82317019。E-mail:yanchao@buaa.edu.cn E-mail:yanchao@buaa.edu.cn
作者简介:黄宇,男,博士研究生。主要研究方向:计算流体力学、混合网格数值方法。Tel:010-82338071。E-mail:huangyu@buaa.edu.cn;阎超,男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:计算流体力学、空气动力学。Tel:010-82317019。E-mail:yanchao@buaa.edu.cn

Analysis of flying vehicle's dynamic characteristics based on numerical virtual flight technology

HUANG Yu¹, YAN Chao¹, XI Ke², WANG Wen¹

1. School of Aeronautic Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100083, China;
2. Institute of Ordnance Industry Navigation and Control Technology, Beijing 100089, China

Received:2016-01-11 Revised:2016-04-06 Online:2016-08-15 Published:2016-04-20

摘要/Abstract

摘要：

基于结合结构重叠网格、闭环PID控制器、舵偏控制律、刚体六自由度运动和非定常Navier-Stokes方程求解等模块的数值虚拟飞行技术，对“起源号”返回舱、基本带翼导弹外形的多自由度非定常运动、受控特性及控制参数的整定开展了模拟。分析了不同自由度（DOF）下飞行器的运动特性，飞行器受扰动后的稳定性及控制参数的整定。计算结果表明：利用数值虚拟飞行技术可有效地开展复杂流动下飞行物体非线性运动问题的研究，对研究飞行器在非线性流动下的动态特性、受控特性、流动机理研究以及控制律的设计检验具有较高的工程价值和应用前景。

关键词: 计算流体力学(CFD), 重叠网格, PID控制, 虚拟飞行, 动导数, 控制参数整定, 动态特性, 非定常流动

Abstract:

With the numerical virtual flight technology based on structured overlapping grid, closed PID controller, rudder control, rigid body motion and unsteady N-S equation solver, the unsteady motion characteristic, dynamic stability and adjustment of control parameter of Genesis capsule and basic finner projectile have been simulated. The motion characteristic with different degree of freedom (DOF) motion, the motion stability and the adjustment of control parameter with disturbance of those flying vehicles have been analyzed. The calculation results show that the study of flying vehicle's nonlinear motion under the condition of complex fluid flows can be effectively carried out by numerical virtual flight technology, which has practical value and application prospect in the area of simulation and prediction of flying vehicle's motion and controlling characteristic, fluid mechanics study and design of control rule under the condition of unsteady and nonlinear aerodynamics.

Key words: CFD, overlapping grid, PID control, virtual flight, dynamic derivative, control parameters adjustment, dynamic characteristic, unsteady flow

中图分类号:

V211.3

黄宇, 阎超, 席柯, 王文. 基于数值虚拟飞行技术的飞行器动态特性分析[J]. 航空学报, 2016, 37(8): 2525-2538.

HUANG Yu, YAN Chao, XI Ke, WANG Wen. Analysis of flying vehicle's dynamic characteristics based on numerical virtual flight technology[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(8): 2525-2538.

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