大迎角耦合运动非定常空气动力特性_杨勐

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５卷第６期第２
实验流体力学Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．６，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓＤｅｃ．２０１１ｐ
１２１ＹＡＮＧＭｅｎＤａｇ，ＨＵＡＮＧ，
（，Ｎ，Ｎ１．ＣｏｌｌｅｅｏｆＡｅｒｏｓａｃｅＥｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎ－ｇｐｇｇｊｇｙ；）１００１６，Ｃｈｉｎａ２．ＡｒｍＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰＬＡ，Ｂｅｉｉｎ０１１２３，Ｃｈｉｎａｉｎ２１ｙｊｇｊｇ：ｂｓｔｒａｃｔＳｏｍｅｏｆｔｈｅｕｎｓｔｅａｄａｅｒｏｄｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｗｅｒｅａｎａｌｚｅｄｕｓｉｎｔｈｅｗｉｎｄｔｕｎＡ－ｙｙｙｇｎｅｌｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒａｆｉｈｔｅｒｍｏｄｅｌｃｏｕｌｅｍｏｔｉｏｎａｔｈｉｈａｎｌｅｏｆａｔｔａｃｋｉｎｔｈｉｓａｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｇｐｇｇｐｐｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｅｒｏｄｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｕｌｔｉｄｅｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｍｏｔｉｏｎｗｅｒｅｍｏｒｅｃｏｍｌｉ－－ｙｇｐｃａｔｅｄｔｈａｎｔｈａｔｏｆｓｉｎｌｅｄｅｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍ．Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｓｏｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅａｅｒｏｄｎａｍｉｃｇｇｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｏｕｌｅｄｍｏｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｌｉｎｅａｒｓｕｅｒｏｓｉｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｐｐｐ，，ｔｗｏｓｉｎｌｅｄｅｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｍｏｔｉｏｎｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｃｏｍａｒｅｄｗｉｔｈｒｏｔａｒｂａｌａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｔｈｅｒｅ－ｇｇｐｙｇａｅｒｒｅａｔｅｒｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔｉｎｔｈｅｓｈｏｗｅｄａｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．ｐｐｇ：；；；ｅｗｏｒｄｓｈｉｈａｎｌｅｏｆａｔｔａｃｋ；ｌａｒｅａｍｌｉｔｕｄｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｔｅｓｔｃｏｕｌｅｄｍｏｔｉｏｎｕｎｓｔｅａｄＫｇｇｇｐｐｙｙａｅｒｏｄｎａｍｉｃｓｙ
Ｔｈｅｕｎｓｔｅａｄａｅｒｏｄｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｕｌｅｄｍｏｔｉｏｎａｔｈｉｈａｎｌｅｏｆａｔｔａｃｋｙｙｐｇｇ
（）满足α 不变的偏航滚转耦合运动ｄ（）满足ｔ／ｃａｎ θ＝－ ωｙ ω ｘ的偏航滚转耦合运动
（）满足中等 ω ／ｅ ω ｘ值的偏航滚转耦合运动ｙ图１不同运动规律时，俯仰力矩迟滞环特性Ｆｉ．１Ｔｈｅｉｔｃｈｉｎｍｏｍｅｎｔｌｏｏｓａｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｔｉｏｎｌａｗｓｇｐｇｐ
２０
）实验流体力学（第２２０１１５卷
１非定常空气动力随 α、 β 及耦合程度的基本规律
侧滑角速率１．１耦合运动非定常俯仰力矩与迎角、的关系单独滚转运动可看作是偏航滚转由于单独偏航、因此这两种运动可以放在耦合耦合运动的特殊情况，运动中讨论。图１分别给出了不同运动规律时，非定常俯仰力矩迟滞环特性。由于模型在大迎角偏航滚转耦合运动过程中，会引起迎角（小幅度变化，相当 α）于产生俯仰角速度变化。同时由于模型大振幅运动过程中，侧滑角（也在变化， β） β变化也会产生俯仰力，矩的迟滞特性。如图１（该状态 α 变化近似为０，ｄ）但也存在非定常俯仰力矩迟滞，这个非定常俯仰力矩）系数（可看作是 β 变化引起的。对图１（所示Ｃｍ）ｃ Δ 状态，由于运动过程中β 变化很小，可看作α 变化引起的俯仰迟滞特性。其它状态可看作上述两种状态互相迭加的结果。但由于不同运动涡的破裂和再附导致耦合效应不同，也会造成的位置和时间均不同，非定常空气动力的非对称性不同，因此其它状态的俯仰迟滞特性与迭加结果不会完全一致，甚至有很大差／别。例如，满足中等 ω ω ｘ值的偏航滚转耦合运动，ｙ当支撑迎角为３时，实验获得的非定常俯仰力矩的５ ° 迟滞特性与上述两种状态的迭加结果刚好相反。
时进行无侧滑或小侧滑状态下的偏航与滚转耦合运动，这类机动飞行方式很有实战意义。因此新一代飞对实验空气动力学研究者不论在实验方法机的设计，还是在数据分析上都提出了新的研究要求。
；收稿日期：修订日期：２０１１０１０１２０１１０３０４－－－－）基金项目：国家自百度文库科学基金（１１０７２１１１
）和１（可以看出，ｃｄ）比较图１（ β变化引起的）看，该Ｃｍ比α 变化引起的量值大。另外从图１（ｅ Δ
（）单独滚转运动ａ
）状态的 Δ Ｃｍ比其它状态的大。这是因为图１（ａ～１（）／、描述的５种状态的ω ｅ ω ∞、ｘ绝对值分别为０ｙ其中，且在近似ｔａｎｔａｎｔａｎ０＜ θ、 θ － ε、 θ＋ δ， ε＜１， δ＞２，计算时认为ｔａｎａｎ θ≈ｔ α。分别将它们代入仅考虑飞机的转动而不考虑平动时的指β 对时间的导数）公 β（式（可以得到这５种运动的 β 分别为 ωｘ１）ｓｉｎ α、ｃｏｓ０、ｃｏｓｃｏｓ ω α、 ε ω α、－ δ ωｘ α。而在该实验中， ω ｘｘ与ｙ则由上可知， ωｙ的量级相当， β 绝对值最大的运动是／满足中等ωｙ所以与其它 ω ｘ值的偏航滚转耦合运动，，（）。状态相比图１ｅ中的 Δ Ｃｍ较大因此虽然耦合运
、机翼摇滚等，风洞模拟比较容易，许多风洞已经
］２５－。对设计了实验装置并获得了很多有意义的结果［
于复杂的机动飞行，飞机是在大迎角状态下有同时绕几个轴的耦合运动，模拟这类运动的风洞实验结果却
［］很少。Ｈｅｒｂｓｔ机动６就是飞机在快速拉起到大迎角
［１］
中的实验设备和实验方法，在７］笔者采用文献［大振幅运３ｍ低速风洞中进行某飞机模型的大迎角、动实验，其缩减频率ｋ为０．获得了飞机模型在０５７，不同迎角下做单独滚转、单独偏航和偏航滚转耦合运动的６分量动态气动力，分析了非定常空气动力的一些特性。为了抓住非定常空气动力的本质特性，将大量采用实验结果去掉其中的定常部分的动态数据来分析非定常特性。这里要特别说明的是，为符合飞机一般的运动规律，实验中，飞机绕体轴的滚转角速度（与偏航角速度（应正负号相反。对于该实验 ω ω ｘ）ｙ）的偏航滚转耦合运动，在模型支撑迎角为θ 下， ω ｘ和／模型的耦合运动规律为绕ａｎ ωｙ满足ｔ θ＝－ ωｙ ω ｘ时，７］；速度轴的无侧滑或小侧滑转动［此外，还对同一支／撑迎角下，不同ω 的耦合运动进行了实验，目的ｘｙ ω 在于研究模型转动轴与速度轴有不同夹角时的非定常气动特性。
０１１年１２月２
（）文章编号：１６７２９８９７２０１１０６００１９０４－－－
大迎角耦合运动非定常空气动力特性
２，杨勐１，黄达１
（）南京航空航天大学航空宇航学院，南京２陆军航空兵学院，北京１１．１００１６；２．０１１２３采用某飞机大迎角大振幅运动风洞实验结果，分析了大迎角非定常空气动力的一些特性。结果表明，飞摘要：机机动飞行时多自由度运动的气动特性比单自由度运动复杂，耦合运动时的气动特性和两个单自由度运动的气动特性的叠加结果相比有一定差别。此外，旋转天平实验结果同本实验的结果相比差别较大。大迎角；大振幅；风洞实验；耦合运动；非定常空气动力学关键词：Ｖ２１１．７４文献标识码：Ａ中图分类号：
０引言
大迎角大机动飞机的设计研究需要空气动力设计者提供大迎角状态下飞机机动飞行时的非定常空气动力特性数据。由于飞机机动飞行的运动过程很复杂，在风洞中准确模拟飞机机动飞行、测量其非定常空气动力并进一步分析研究大迎角时机动飞行特如眼镜蛇机性显得十分重要。对于简单的机动飞行，动