一種地效飛行器起飛性能求解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種地效飛行器起飛性能求解方法，用于分析地效飛行器起飛性能， 屬飛行器總體設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 地效飛行器是一種能夠貼近水/地面高速飛行的運(yùn)載工具，該類飛行器充分利用 "地面效應(yīng)"原理，可顯著降低機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力，使飛行時(shí)的升阻比和升力系數(shù)大大提高。在 軍事和民用上均擁有廣闊的應(yīng)用前景，備受各國矚目。但正由于其既能在水中航行，也能在 地效區(qū)飛行（部分地效飛行器可掠水高飛），使得其運(yùn)動(dòng)過程的分析比常規(guī)飛行器復(fù)雜，從 而增加了地效飛行器總體性能的計(jì)算分析難度。
[0003] 目前，地效飛行器的總體性能計(jì)算主要是借鑒常規(guī)飛機(jī)和地效翼船的計(jì)算方法， 沒有一套針對(duì)地效飛行器總體性能計(jì)算分析方法。而起飛性能作為飛行器總體性能的主要 內(nèi)容，是地效飛行器各設(shè)計(jì)階段不可或缺部分。起飛性能主要包括起飛離水速度、離水時(shí)間 和滑水距離，其計(jì)算分析難點(diǎn)是地效飛行器從水中航行到起飛過程中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的確定。地 效飛行器在滑水起飛階段，其運(yùn)動(dòng)姿態(tài)時(shí)刻變化，造成其水動(dòng)力阻力變化，使得無法用某個(gè) 具體的表達(dá)式去描述這個(gè)過程中水動(dòng)力阻力。常規(guī)水動(dòng)力阻力的計(jì)算方法是假定地效飛行 器的水動(dòng)阻力是速度和吃水截面積的函數(shù)，或者利用CFD計(jì)算某個(gè)狀態(tài)的水動(dòng)力阻力，但 是前者基于很多理論假設(shè)，后者無法模擬帶動(dòng)力增升的情況且計(jì)算狀態(tài)單一，使得計(jì)算出 來的水動(dòng)力阻力都不夠準(zhǔn)確，再加上整個(gè)滑水起飛過程是動(dòng)態(tài)的，從而造成起飛性能計(jì)算 復(fù)雜、計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種地效飛行器起飛性 能求解方法，解決了常規(guī)地效飛行器起飛性能計(jì)算復(fù)雜以及計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，為 地效飛行器總體性能分析提供條件。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0006] 一種地效飛行器起飛性能求解方法，包括步驟如下：
[0007] (1)對(duì)地效飛行器進(jìn)行全機(jī)帶動(dòng)力水池模型試驗(yàn)并獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)；所述試驗(yàn)數(shù)據(jù) 包括試驗(yàn)速度區(qū)間的水動(dòng)力阻力、推力、縱傾角和速度；
[0008] ⑵將步驟⑴中獲得的試驗(yàn)速度區(qū)間的水動(dòng)力阻力、推力和縱傾角換算到實(shí)船， 得到實(shí)船的水動(dòng)力阻力D wat、推力T和縱傾角γ ;所述實(shí)船是指真實(shí)的地效飛行器；
[0009] 其中水動(dòng)力阻力和推力的換算關(guān)系式為F全機(jī)=F模g λ 3，F(xiàn)全機(jī)為實(shí)船的水動(dòng)力阻力 或者推力；Ftss為與!^機(jī)相對(duì)應(yīng)的模型的水動(dòng)力阻力或推力；λ為試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目s放比例因 子；
[0010] 角度的換算關(guān)系式為γ全機(jī)=γ翻，γ全機(jī)為實(shí)船的縱傾角，γ翻為模型的縱傾 角；
[0011] 速度的換算關(guān)系式為匕機(jī)=廠_及，V全機(jī)為實(shí)船的速度，V模型為模型的速度；
[0012] (3)根據(jù)步驟⑴中水池試驗(yàn)中獲得的縱傾角γ，結(jié)合CFD計(jì)算或者風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù) 據(jù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)縱傾角下升力系數(shù)C1和阻力系數(shù)C x，根據(jù)氣動(dòng)阻力計(jì)算公式Dx= 0.5 P V2CxS 計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)阻力，其中，P為空氣密度，S為實(shí)船全船參考面積；
[0013] (4)根據(jù)公式
計(jì)算出起飛離水速度Vga，其中G為實(shí)船起飛 重量；
[0014] (5)分三段擬合出步驟（2)中水動(dòng)力阻力Dwat、推力T和縱傾角γ與速度V相關(guān) 的多項(xiàng)式：
[0018] 其中，Xg為實(shí)船重心位置，V1S實(shí)船出現(xiàn)第一水動(dòng)力阻力峰后的最小水動(dòng)力阻力 對(duì)應(yīng)的速度點(diǎn)，V2為全機(jī)帶動(dòng)力水池模型試驗(yàn)的最大速度換算到實(shí)船的速度，Vga實(shí)船起飛 離水速度，fi、&和f 3分別是在不同速度區(qū)間水動(dòng)力阻力D wat關(guān)于V、Xg、G的多項(xiàng)式，g r g2 和g；3分別是在不同速度區(qū)間推力T關(guān)于V、Xg、G的多項(xiàng)式，h P 112和h 3分別是在不同速度 區(qū)間縱傾角γ關(guān)于V、Xg、G的多項(xiàng)式；
[0019] (6)根據(jù)步驟（3)中結(jié)果，擬合出實(shí)船氣動(dòng)阻力Dx關(guān)于速度和縱傾角的多項(xiàng)式 為：
[0021] 其中，yjp y i分別是在不同速度區(qū)間是氣動(dòng)阻力Dx關(guān)于V和γ的多項(xiàng)式；
[0022] (7)判斷步驟（5)中擬合的各個(gè)多項(xiàng)式在分段點(diǎn)處VJPV^否連續(xù)，若連續(xù)則進(jìn) 入步驟（8)，否則提高擬合次數(shù)重新執(zhí)行步驟（5);
[0023] (8)利用牛頓第二定律可列出起飛滑水過程中的運(yùn)動(dòng)方程：
[0025] 將步驟（5)、（6)中的T、DwaJP D χ代入上式分段積分求和即可求得該地效飛行器 不同狀態(tài)的起飛離水時(shí)間t，再結(jié)合滑水距離L和起飛離水時(shí)間t的關(guān)系式dL = Vdt，求出 起飛滑水距離L，從而完成所述地效飛行器起飛性能的求解；
[0026] 其中，Φ為發(fā)動(dòng)機(jī)安裝角，g為重力加速度。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0028] (1)本發(fā)明相對(duì)于原有技術(shù)存在諸多假設(shè)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)起飛離水過程中水動(dòng)力阻 力、氣動(dòng)阻力的獲取更準(zhǔn)確。
[0029] (2)本發(fā)明既適用于帶動(dòng)力增升的也適用于不帶動(dòng)力增升的地效飛行器，適用范 圍更廣。
[0030] (3)本發(fā)明的計(jì)算方法簡(jiǎn)單、直觀，能快速、有效的計(jì)算出地效飛行器不同起飛狀 態(tài)的起飛性能。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明流程圖；
[0032] 圖2為地效飛行器起飛滑水過程水動(dòng)力阻力變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0034] 全機(jī)帶動(dòng)力水池模型試驗(yàn)是一種獲取地效飛行器水動(dòng)力阻力相對(duì)準(zhǔn)確的手段，其 試驗(yàn)內(nèi)容一般包括全機(jī)帶動(dòng)力模型靜水阻力拖曳試驗(yàn)、螺旋槳推力校核試驗(yàn)、全機(jī)帶動(dòng)力 模型氣動(dòng)阻力校核試驗(yàn)。全機(jī)帶動(dòng)力模型靜水拖曳試驗(yàn)可測(cè)量出不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、重 心和重量變化）時(shí)的總阻力、縱傾角等的值，全機(jī)帶動(dòng)力模型氣動(dòng)阻力校核試驗(yàn)可測(cè)出靜 水拖曳試驗(yàn)狀態(tài)中的氣動(dòng)阻力，從而可計(jì)算出不同狀態(tài)下水動(dòng)力阻力。計(jì)算起飛性能時(shí)的 氣動(dòng)阻力是通過測(cè)量縱傾角，尋找對(duì)應(yīng)CFD或者風(fēng)洞試驗(yàn)的阻力系數(shù)求得。二者構(gòu)成地效 飛行器滑水起飛階段總阻力，通過相似準(zhǔn)則換算，即可獲得實(shí)船的總阻力值。
[0035] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于全機(jī)帶動(dòng)力水池模型試 驗(yàn)的地效飛行器起飛性能確定方法。本發(fā)明方法通過仔細(xì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的水動(dòng)力阻力和 速度、重心以及重量的關(guān)系，推力和速度、重心以及重量的關(guān)系，縱傾角和速度、重心以及重 量的關(guān)系，尋找特征點(diǎn)，分段擬合出水動(dòng)力阻力、推力以及縱傾角的關(guān)系式，再根據(jù)地效飛 行器運(yùn)動(dòng)方程解算出不同狀態(tài)的起飛性能。由于本方法是建立在全機(jī)帶動(dòng)力水池模型試驗(yàn) 的基礎(chǔ)上，使得計(jì)算更具有針對(duì)性，不論是帶動(dòng)力增升的還是不帶動(dòng)力增升的地效飛行器 都適用。
[0036] 如圖1所示，本發(fā)明提出的一種地效飛行器起飛性能求解方法，包括步驟如下：
[0037] (1)對(duì)地效飛行器進(jìn)行全機(jī)帶動(dòng)力水池模型試驗(yàn)并獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)；所述試驗(yàn)數(shù)據(jù) 包括試驗(yàn)速度區(qū)間的水動(dòng)力阻力、推力、縱傾角和速度；
[0038] (2)將步驟⑴中獲得的試驗(yàn)速度區(qū)間的水動(dòng)力阻力、推力和縱傾角換算到實(shí)船， 得到實(shí)船的水動(dòng)力阻力D wat、推力T和縱傾角γ ;所述實(shí)船是指真實(shí)的地效飛行器；
[0039] 其中水動(dòng)力阻力和推力的換算關(guān)系式為F全機(jī)=F模s λ 3，F(xiàn)全機(jī)為實(shí)船的水動(dòng)力阻力 或者推力；Ftss為與!^機(jī)相對(duì)應(yīng)的模型的水動(dòng)力阻力或推力；λ為試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目s放比例因 子；
[0040] 角度的換算關(guān)系式為γ全機(jī)=γ翻，γ全機(jī)為實(shí)船的縱傾角，γ翻為模型的縱傾 角；
[0041] 速度的換算關(guān)系式為
，^^為實(shí)船的速度，Vtss為模型的速度；
[0042] (3)根據(jù)步驟⑴中水池試驗(yàn)中獲得的縱傾角γ，結(jié)合CFD計(jì)算或者風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù) 據(jù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)縱傾角下升力系數(shù)C1和阻力系數(shù)C x，根據(jù)氣動(dòng)阻力計(jì)算公式Dx= 0.5 P V2CxS 計(jì)算