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申请/专利权人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

摘要：本发明公开了一种基于稳态壁面压力的动导数预测方法，属于计算流体力学及飞行器飞行力学领域，所述动导数预测方法包括如下步骤：S1：生成计算网格步骤，基于飞行器机体表面形态生成网格计算域；S2：基于预设的飞行器飞行参数，求解定常流场；S3：后处理程序集成或数据导出步骤；S4：计算每个微面元的等价无量纲外法向速度投影；S5：计算压力系数动导数；S6：计算微面元相对参考点的动导数；S7：积分获得动导数。本发明方法可以通过较少的计算量获得可满足快速分析评估要求的动导数预测结果。

主权项：1.一种基于稳态壁面压力的动导数预测方法，其特征在于，所述动导数预测方法包括如下步骤：S1：生成计算网格步骤，基于飞行器机体表面形态生成网格计算域；S2：基于预设的飞行器飞行参数，求解定常流场；S3：后处理程序集成或数据导出步骤，将飞行器表面每个微面元的稳态壁面压力系数、中心点坐标、面积和单位外法向向量的计算程序集成入CFD后处理模块完成相应参数计算；或将定常流场数据导出后在外部编程计算获得稳态壁面压力系数、中心点坐标、面积和单位外法向向量；S4：计算每个微面元的等价无量纲外法向速度投影；S5：计算压力系数动导数；S6：计算微面元相对参考点的动导数；S7：积分获得动导数；步骤S2包括：S21：将计算网格导入CFD计算软件，设定飞行器飞行参数；S22：进行CFD计算，计算定常流场；步骤S21中飞行器飞行参数包括：飞行高度、马赫数、攻角和侧滑角；步骤S4为跟据牛顿理论表面压力公式反推出每个微面元的等价无量纲外法向速度投影；步骤S4包括：根据牛顿理论求出的稳态下飞行器微面元表面压力系数如下式： 其中，表示每个微面元的无量纲法外向速度投影，表示驻点的压力系数，表示空气比热比，表示来流马赫数，表示外向速度投影，表示来流速度；当时，反推得每个微面元的等价无量纲外法向速度投影如下式： 其中,表示每个微面元的等价无量纲外法向速度投影，表示数值计算求得的微面元表面定常压力系数；当时，类推得： 则，合并及时每个微面元的等价无量纲外法向速度投影为： 其中，表示绝对值；步骤S5包括：S51：计算飞行器相对于来流的总速度在物面的无量纲外法向速度投影，其中表示对于来流的总速度在物面的外法向速度投影；S52：计算对无量纲角速度r,p,q的导数；S53：计算压力系数的动导数；步骤S51包括：飞行器绕x，y，z轴分别以角速度转动引起的物体与静止空气相对运动速度如下式： 其中，为静止空气相对运动速度的分量，表示飞行器绕x轴以角速度转动引起的物体与静止空气相对运动速度，表示飞行器绕y轴以角速度转动引起的物体与静止空气相对运动速度，表示飞行器绕z轴以角速度转动引起的物体与静止空气相对运动速度，表示微面元中心点坐标，表示参考点坐标； 在物面的无量纲外法向速度投影如下式： 其中，为的分量，表示在物面的外法向速度投影，表示在物面的外法向速度投影，表示在物面的外法向速度投影，表示在物面的外法向速度投影，为单位外法向向量，无量纲角速度，，，表示参考长度；飞行器相对于来流的总速度在物面的无量纲外法向速度投影如下式： ；步骤S52包括： 对无量纲角速度r,p,q的导数为： 其中，为对无量纲角速度r的导数，为对无量纲角速度p的导数，为对无量纲角速度q的导数；步骤S53包括：当飞行器绕x，y，z轴以角速度转动时，根据牛顿理论求出的稳态下飞行器微面元表面压力系数如下式： 并对无量纲角速度r,p,q求导，得压力系数的动导数如下式： 其中，所述为压力系数对无量纲角速度r的动导数，为压力系数对无量纲角速度p的动导数，为压力系数对无量纲角速度q的动导数；步骤S6包括：S61：计算微元面上气动力的旋转动导数；每个微元面上的气动力为： 表示微元面上的Z方向的气动力分量，表示微元面上的Y方向的气动力分量，表示微元面上的X方向的气动力分量；对无量纲角速度r,p,q求导，得每个微元面上的气动力的旋转动导数为： 表示对无量纲角速度q的导数，表示对无量纲角速度q的导数，表示对无量纲角速度p的导数，表示对无量纲角速度p的导数，表示对无量纲角速度r的导数，表示对无量纲角速度r的导数；S62：计算每个微面元相对参考点的动导数；每个微元面上气动力对参考点产生的力矩的为： 表示微元面上气动力对参考点产生的俯仰力矩，表示微元面上气动力对参考点产生的偏航力矩，表示微元面上气动力对参考点产生的滚转力矩；并对无量纲角速度r,p,q求导，得每个微元面上气动力对参考点产生的力矩的旋转动导数为： 表示微元面上俯仰动导数，表示微元面上偏航动导数，表示微元面上滚转动导数；步骤S7包括：对每个微元面上气动力对参考点产生的力矩的旋转动导数积分得飞行器的俯仰、偏航、滚转动导数： 其中，表示俯仰动导数，表示偏航动导数，表示滚转动导数，表示参考长度，表示参考面积。

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