软式加油数值仿真与风洞试验结果相关性

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28447

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软式加油数值仿真与风洞试验结果相关性

黄霞, 刘钒(), 刘志涛, 吴金华

中国空气动力研究与发展中心，绵阳 621000

收稿日期:2022-12-30 修回日期:2023-01-17 接受日期:2023-02-16 出版日期:2023-10-25 发布日期:2023-03-03
通讯作者: 刘钒 E-mail:yangwenli200710@163.com

Correlation between numerical simulation and wind tunnel test results of soft refueling

Xia HUANG, Fan LIU(), Zhitao LIU, Jinhua WU

China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China

Received:2022-12-30 Revised:2023-01-17 Accepted:2023-02-16 Online:2023-10-25 Published:2023-03-03
Contact: Fan LIU E-mail:yangwenli200710@163.com

摘要/Abstract

摘要：

加油软管-锥套的气动稳定特性是影响软式加油对接成功率的主要因素，数值仿真和风洞试验是模拟软管-锥套收放过程、获取软管-锥套气动稳定特性、优化加油装置设计、发展加油对接技术的主要手段。采用基于气动建模的软管-锥套多体动力学方法对1∶1全尺寸和1∶11缩比模型的软管-锥套气动稳定特性开展了数值仿真模拟，基于动力学相似准则和OptiTrack光学测量方法对1∶11缩比模型的软管-锥套气动稳定特性开展了风洞试验模拟，并对不同工况下锥套下垂量的数值仿真和风洞试验结果进行了对比分析及相关性研究。结果表明：1∶11缩比模型的数值仿真与风洞试验结果一致性良好，验证了基于气动建模的软管-锥套多体动力学仿真方法的正确性；1∶1全尺寸和1∶11缩比模型的锥套下垂量归一化仿真结果在数值上存在明显差异，在随来流速度变化的规律上具有一致性，表明尺寸效应不可忽略，目前所建立的缩比软管-锥套气动稳定性风洞试验技术并不完备，需进一步开展尺寸效应修正研究。

关键词: 软管-锥套, 数值仿真, 风洞试验, 气动稳定特性, 尺寸效应

Abstract:

The aerodynamic stability characteristics of the refueling hose-drogue are the main factors affecting the success rate of soft refueling docking. Numerical simulation and wind tunnel tests are the main means to simulate the retraction-extension process of the hose-drogue， obtain the aerodynamic stability characteristics， optimize the design of refueling devices， and develop the refueling docking technology. Based on the aerodynamic modeling method and multi-body dynamics method of hose-drogues， the aerodynamic stability characteristics of the hose-drogue for 1∶1 and 1∶11 of a tanker model are simulated. Based on the dynamic similarity criterion and OptiTrack optical measurement method， the aerodynamic stability characteristics of the hose-drogue for the 1∶11 model are simulated by the wind tunnel test. The numerical simulation and wind tunnel test results of drogue vertical displacement under different working conditions are compared. The results show that the numerical simulation of the 1∶1 model is in good agreement with the wind tunnel test results， which verifies the correctness of the multi-body dynamics simulation method of the hose-drogue based on aerodynamic modeling. The normalization simulation results of drogue vertical displacement for the full size model and the 1∶11 model are clearly different in numerical value， and are consistent with the change of flow velocity， indicating that the size effect cannot be ignored. The current wind tunnel test technology of aerodynamic stability of scaled hose-drogues is not perfect， requiring further research on size effect correction.

Key words: hose-drogue, numerical simulation, wind tunnel test, aerodynamic stability characteristics, size effect

中图分类号:

V211.7

黄霞, 刘钒, 刘志涛, 吴金华. 软式加油数值仿真与风洞试验结果相关性[J]. 航空学报, 2023, 44(20): 628447-628447.

Xia HUANG, Fan LIU, Zhitao LIU, Jinhua WU. Correlation between numerical simulation and wind tunnel test results of soft refueling[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(20): 628447-628447.

图/表 9

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参考文献 22

1	王海涛，董新民. 空中加油动力学与控制［M］. 北京：国防工业出版社，2016： 31-32.
	WANG H T， DONG X M. Dynamics and control of aerial refueling［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2016： 31-32 （in Chinese）.
2	马世强. 中国空中加油技术发展之思考［J］. 舰载武器， 2009， 4： 36-45.
	MA S Q. Development of PLA’s air-to-air refueling technology［J］. Shipborne Weapons， 2009， 4： 36-45 （in Chinese）.
3	陶杨，颜仙荣. 国外空中加油技术及装备现状与趋势［J］. 飞机设计， 2021， 41（3）： 39-43.
	TAO Y， YANG X R. Current station and development trend of air-to-air refueling technology and equipments［J］. Aircraft Design， 2021， 41（3）： 39-43 （in Chinese）.
4	KAMMAN J W， HUSTON R L. Multibody dynamics modeling of variable length cable systems［J］. Multibody System Dynamics， 2001， 5（3）： 211-221.
5	KAMMAN J W， HUSTON R L. Modeling of variable length towed and tethered cable systems［J］. Journal of Guidance， Control and Dynamics， 1999， 22（4）： 602-608.
6	RIBBENS W， SAGGIO F， WIERENGA R， et al. Dynamic modeling of an aerial refueling hose & drogue system［C］∥ Proceedings of the 25th AIAA Applied Aerodynamics Conference. Reston： AIAA， 2007.
7	VASSBERG J， YEH D， BLAIR A， et al. Numerical simulations of KC-10 in-flight refueling hose-drogue dynamics with an approaching F/A-180 receiver aircraft［C］∥ Proceedings of the 23rd AIAA Applied Aerodynamics Conference. Reston： AIAA， 2005.
8	RO K， AHMAD H， KAMMAN J. Dynamic modeling and simulation of hose-paradrogue assembly for mid-air operations［C］∥ Proceedings of the AIAA Infotech @ Aerospace Conference. Reston： AIAA， 2009.
9	STYUART A， YAMASHIRO H， STIRLING R， et al. Numerical simulation of hose whip phenomenon in aerial refueling［C］∥ Proceedings of the AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference. Reston： AIAA， 2011.
10	张仕明. 软式空中加油管收放过程动力学分析与优化［D］. 南京：南京航空航天大学， 2014.
	ZHANG S M. Analysis and optimization of an aerial refueling hose & drogue system in deployment and retrieval process［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2014 （in Chinese）.
11	陈博，董新民，徐跃鉴，等. 加油机尾流场建模与仿真分析［J］. 飞行力学， 2007， 25（4）： 73-76.
	CHEN B， DONG X M， XU Y J， et al. Modeling and simulation of the tanker’s wake field［J］. Flight Dynamics， 2007， 25（4）： 73-76 （in Chinese）.
12	胡孟权，聂鑫，王丽明. “插头-锥管”式空中加油软管平衡拖曳位置计算［J］. 空军工程大学学报（自然科学版）， 2009， 10（5）： 22-26.
	HU M Q， NIE X， WANG L M. Determination of hose static catenary shape in “probe-drogue” in-flight refueling system［J］. Journal of Air Force Engineering University （Natural Science Edition）， 2009， 10（5）： 22-26 （in Chinese）.
13	王伟，刘喜藏，王鹏，等. 空中加油软管-锥套动态建模与仿真［J］. 电子设计工程， 2012， 20（17）： 135-137.
	WANG W， LIU X C， WANG P， et al. Dynamic modeling and simulation of aerial refueling hose-drogue［J］. Electronic Design Engineering， 2012， 20（17）： 135-137 （in Chinese）.
14	王海涛，董新民，窦和锋，等. 软管锥套式空中加油系统建模与特性分析［J］. 北京航空航天大学学报， 2014， 40（1）： 92-98.
	WANG H T， DONG X M， DOU H F， et al. Dynamic modeling and characteristics analysis of hose-paradrogue aerial refueling system［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2014， 40（1）： 92-98 （in Chinese）.
15	刘钒，刘刚，江雄，等. 空中加油系统的多体动力学和CFD仿真［J］. 空气动力学学报， 2016， 34（2）： 276-280.
	LIU F， LIU G， JIANG X， et al. Simulation of aerial refueling system with multibody dynamics and CFD［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2016， 34（2）： 276-280 （in Chinese）.
16	刘钒. 飞行器拖曳系统气动特性数值模拟研究［D］. 绵阳：中国空气动力研究与发展中心， 2014.
	LIU F. Numerical simulation research on the aerodynamic characteristics of aerial towed cable system［D］. Mianyang： Chinese Aerodynamic Research and Development Center， 2014 （in Chinese）.
17	吴成林. 空中加油软管-锥套系统动态特性研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2015.
	WU C L. Research on dynamic characteristic of hose-drogue system in aerial refueling［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2015 （in Chinese）.
18	陈乐乐. 软式空中加油气动相容性及动态特性研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2017.
	CHEN L L. Research on aerodynamic compatibility and dynamic characteristics of hose-drogue aerial refueling system［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2017 （in Chinese）.
19	黄霞，卢静，张海酉，等. 空中加油机加油软管锥套气动稳定性风洞试验技术［J］. 空气动力学学报， 2019， 37（1）： 140-146.
	HUANG X， LU J， ZHANG H Y， et al. Wind tunnel test technique for aerodynamic stability of refueling hose-drogue of aerial tanker［J］. Acta Aerodynamica Sinica， 2019， 37（1）： 140-146 （in Chinese）.
20	宋威，艾邦成. 多体分离动力学研究进展［J］. 航空学报， 2022， 43（9）： 025950.
	SONG W， AI B C. Multibody separation dynamics： Review［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（9）： 025950 （in Chinese）.
21	NORRIS S， ANDRISANI D. Longitudinal equilibrium solutions for a towed aircraft and tow cable［C］∥ Proceedings of the AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit. Reston： AIAA.
22	VASSBERG J， YEH D， BLAIR A， et al. Numerical simulations of KC-10 wing-mount aerial refueling hose-drogue dynamics with a reel take-up system［C］∥ Proceedings of the 21st AIAA Applied Aerodynamics Conference. Reston： AIAA， 2003.

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模型比例	锥套质量/kg	软管长度/m	软管直径/mm
1∶1	40	24	92
1∶11	0.043	2.2	8

[1]	孙朋朋, 刘平安, 樊枫, 曾伟. 悬停状态共轴刚性旋翼机身气动干扰特性[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529284-529284.
[2]	王畅, 何龙, 徐栋霞, 唐敏, 马率, 吴希明. 共轴刚性旋翼桨毂流动控制减阻研究[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529084-529084.
[3]	张卫国, 唐敏, 武杰, 彭先敏, 章贵川, 聂博文, 王亮权, 李超群. 倾转旋翼机风洞试验综述[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 530114-530114.
[4]	聂博文, 王亮权, 黄志银, 何龙, 杨仕鹏, 颜鸿涛, 章贵川. 复合式高速无人直升机飞行动力学建模与控制策略设计[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529848-529848.
[5]	刘柳, 向先宏, 张宇飞, 陈海昕, 魏闯, 朱剑, 杨普. 一种高升阻比非常规翼身融合燕尾气动布局[J]. 航空学报, 2024, 45(6): 629630-629630.
[6]	李海星, 周峰, 颜巍, 白峰, 赵克良. 砂纸冰对民机平尾气动特性的影响[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 128657-128657.
[7]	李学良, 李创创, 苏伟, 吴杰. 分布式粗糙元对高超声速边界层不稳定性的影响试验[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 128627-128627.
[8]	刘宇, 秦梦婕, 王强, 易贤. 含盐海水飞沫的结冰风洞试验相似准则[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729297-729297.
[9]	杨秋明, 朱永峰, 陈华伟, 刘晓林. 镂空图案化电加热组件防冰性能试验研究[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729334-729334.
[10]	高世琦, 丁博, 解旭祯, 李铮, 陈林, 钱首元, 焦子涵, 白光辉. 等离子体激励在高速流动中的减阻机制[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729373-729373.
[11]	许岭松, 吴渊, 朱东宇, 张付昆, 刘昱. FL⁃61结冰风洞翼型俯仰振荡机构研制[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729296-729296.
[12]	金毅, 孙姝, 郭赟杰, 谭慧俊, 张悦. 超声速可调进气道内流双解现象及其节流特性[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 127134-127134.
[13]	李俊红, 靳旭红, 刘春风, 苗文博, 程晓丽. 临近空间高速飞行器微量气动力试验及计算[J]. 航空学报, 2023, 44(6): 127072-127072.
[14]	曾宪昂, 赵冬强, 李俊杰, 严泽洲, 刘成玉. 弹性机翼阵风减缓控制策略风洞试验[J]. 航空学报, 2023, 44(4): 226869-226869.
[15]	刘畅, 张耘隆, 闫指江, 赵磊, 季辰. 锤头体火箭弹性模型脉动压力风洞试验[J]. 航空学报, 2023, 44(23): 128384-128384.

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