一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法，属于风洞特种试验领域。为解决非定常气动力的挂载物分离轨迹的准确预测的问题。本发明专利技术利用非定常气动力CFD计算或风洞网格测力试验采集挂载物位置网格点的非定常气动力数据，得到挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力网格数据集，计算挂载物气动力分布律，构建挂载物气动力的分布函数；利用蒙特卡洛算法构建挂载物非定常瞬时气动力，得到挂载物非定常瞬时气动力网格数据集，以挂载物初始分离位姿为轨迹原点，通过插值挂载物当前轨迹点下的气动力与解算六自由度运动方程的交替过程，获得挂载物的瞬时分离轨迹，得到挂载物非定常轨迹的散布范围。物非定常轨迹的散布范围。物非定常轨迹的散布范围。
【技术实现步骤摘要】
一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法
[0001]本专利技术属于风洞特种试验领域，具体涉及一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法。
技术介绍
[0002]在风洞试验技术中，通常采用捕获轨迹试验和动力相似投放试验模拟挂载物从飞行器分离的运动轨迹。
[0003]捕获轨迹试验是一种基于准定常假设下的试验技术。在试验中，气动力天平测量挂载物分离时的时均气动力，分离轨迹的解算方法基于时均气动力，并未考虑非定常气动力变化情况，相同分离初始条件下获得的挂载物分离轨迹是唯一的。对于流场非定常性较弱或挂载物分离轨迹对非定常气动力变化不敏感的分离情况，该方法能有效模拟挂载物的分离情况，但对于流场非定常较强、挂载物轨迹对气动力变化敏感的情况，如小灵巧武器内埋式分离，此时相同分离初始状态下，挂载物分离轨迹随分离时刻变化，分离轨迹呈现为分离轨迹散布范围，捕获轨迹试验不能适用。
[0004]动力相似投放试验为在风洞中令挂载物模型脱离载机，同时用高速摄影记录挂载物分离轨迹的一种试验方法。该方法虽然可以模拟分离过程中非定常气动力对分离轨迹的影响，但该方法获得每条分离轨迹的成本和周期都较高，得到的非定常轨迹样本数量有限，无法全面模拟分离轨迹的所有可能状态，因此无法获取准确的分离轨迹散布范围。
技术实现思路
[0005]本专利技术要解决的问题是非定常气动力的挂载物分离轨迹的准确预测的问题，提出一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法，包括如下步骤：S1、利用非定常气动力CFD计算或者风洞网格测力试验采集挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力数据，得到挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力网格数据集；S2、对步骤S1获得的挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力网格数据集中的挂载物气动力的时域分布数据计算挂载物气动力分布律，构建挂载物气动力的分布函数；S3、基于步骤S2得到的挂载物气动力的分布函数，利用蒙特卡洛算法构建挂载物非定常瞬时气动力，组成挂载物非定常瞬时气动力网格数据集；S4、基于步骤S3获得的挂载物非定常瞬时气动力网格数据集，以挂载物初始分离位姿为轨迹原点，通过插值挂载物当前轨迹点下的气动力与解算六自由度运动方程的交替过程，获得挂载物的瞬时分离轨迹，得到挂载物非定常轨迹的散布范围。
[0007]进一步的，步骤S1的具体实现方法包括如下步骤：
S1.1、定义挂载物状态参数为挂载物在分离区域空间网格点位置、姿态角，则挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力数据设置为基于挂载物状态参数下的挂载物气动力的时域分布数据；S1.2、设置挂载物气动力的时域分布数据为在时间集下的挂载物气动力序列，其中为CFD计算步长或风洞网格测力试验的数据采集间隔时间，F
n
为在数据采集间隔时间对应的挂载物气动力，n为个数；所述挂载物气动力包括挂载物的法向力、轴向力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种的组合，最终得到挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力网格数据集。
[0008]进一步的，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、对挂载物气动力的时域分布数据计算挂载物气动力分布律，设置气动力时域观测值为，按照从小到大排序，则挂载物气动力分布律的计算公式为：；其中，为第i个挂载物气动力分布律，为在第i个时域观测值中出现的次数；；S2.2、计算挂载物气动力的分布函数为，计算公式为：。
[0009]进一步的，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：S3.1、利用蒙特卡洛算法，首先构造（0,1）区间上的均匀分布随机数序列，采用混合同余法构建随机数的递推公式为：；其中，mod为取余数函数，为乘子，c为增量，m为模，，m，c均为正整数，t为递推步数；当t=1时，递推公式为：；其中为给定的初值，则递推t步可得到数值序列，再将此数值序列除以m，即得到（0,1）区间上的均匀分布随机数序列，其中，，...，；S3.2、通过步骤S3.1得到的（0,1）区间上的均匀分布随机数序列，在挂载物气动力的分布函数为中构建挂载物非定常瞬时气动力序列，其中为随
机数构造的挂载物非定常瞬时气动力，构建方法为：若，令；若，令，其中1＜k≤i；则在中的概率为：，与在中的概率相等，则为符合气动力概率分布的挂载物非定常瞬时气动力；S3.3、在网格中所有挂载物状态参数下的挂载物气动力的分布函数中，重复步骤S3.2，其中采用同一个随机数构造的网格中所有挂载物状态参数下的非定常瞬时气动力数据组成挂载物非定常瞬时气动力网格数据集。
[0010]进一步的，步骤S4的具体实现方法包括如下步骤：S4.1、构建定义挂载物轴方向为标准坐标系方向，即从挂载物尾部向前看，X轴向前，Y轴向右，Z轴符合右手定则方向，则挂载物分离运动及其受力的关系的六自由度运动方程为：；；；；；；其中，，，分别为挂载物轴向位移、侧向位移、法向位移关于时间的一阶导数，，，分别为挂载物轴向位移、侧向位移、法向位移关于时间的二阶导数，，，分别为挂载物轴向合力、侧向合力、法向合力，，，分别为挂载物滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩，，，分别为挂载物角位移关于时间的一阶导数，，，分别为挂载物角位移关于时间的二阶导数，为挂载物质量，，，为挂载物的轴向惯性矩、俯仰惯性矩、偏航惯性矩；S4.2、将步骤S4.1中的线位移或角位移关于时间的一阶导数设为变量，则步骤S4.1的挂载物分离运动及其受力的关系的六自由度方程转化为线速度或角速度关于时间的一阶常微分方程，利于四阶龙格库塔算法进行求解；求解时以挂载物初始分离位姿为轨迹原点，，，，为常量，，，和，，的初值为上一个轨迹点的挂载物角位移关于时间的一阶导数和挂载物轴向位移、侧向位移、法向位移关于时间的一阶导数，，，分别为挂载物轴向合力、侧向合力、法向合力，由挂载物重力和气动力在挂载物轴下投影得到，其中挂载物重力通过姿态角投影到挂载物轴上，挂载物气动力通过在挂载物非定常瞬时气动力网格数据集中，根据挂载物位姿插值得到，解算出挂载物在预设时间步长序列下的位姿，即为挂载物的一条瞬时分离轨迹；
S4.3、重复步骤S4.1和S4.2，进行挂载物瞬时分离轨迹仿真，得到挂载物所有瞬时分离轨迹，即为初始状态下的挂载物非定常轨迹的散布范围。
[0011]进一步的，步骤S4.2中的在挂载物非定常瞬时气动力网格数据集样本中插值挂载物气动力，插值方法为线性插值或拉格朗日插值。
[0012]本专利技术的有益效果为：本专利技术所述的一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法，以挂载物在载机干扰流场下的非定常网格气动力数据库为气动力输入，首先将非定常气动力分解为时均量和脉动量，然后采用蒙特卡洛随机化思想，将气动力的脉动量按照其概率分布规律添加到时均量中，构造出适当数量的非定常气动力样本，最后采用捕获轨迹试验的轨迹解算方法得到每个气动力样本下的分离轨迹，近似得到非定常轨迹的散布范围。
附图说明
[0013]图1为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、利用非定常气动力CFD计算或者风洞网格测力试验采集挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力数据，得到挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力网格数据集；S2、对步骤S1获得的挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力网格数据集中的挂载物气动力的时域分布数据计算挂载物气动力分布律，构建挂载物气动力的分布函数；S3、基于步骤S2得到的挂载物气动力的分布函数，利用蒙特卡洛算法构建挂载物非定常瞬时气动力，组成挂载物非定常瞬时气动力网格数据集；S4、基于步骤S3获得的挂载物非定常瞬时气动力网格数据集，以挂载物初始分离位姿为轨迹原点，通过插值挂载物当前轨迹点下的气动力与解算六自由度运动方程的交替过程，获得挂载物的瞬时分离轨迹，得到挂载物非定常轨迹的散布范围。2.根据权利要求1所述的一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法，其特征在于，步骤S1的具体实现方法包括如下步骤：S1.1、定义挂载物状态参数为挂载物在分离区域空间网格点位置、姿态角，则挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力数据设置为基于挂载物状态参数下的挂载物气动力的时域分布数据；S1.2、设置挂载物气动力的时域分布数据为在时间集下的挂载物气动力序列，其中为CFD计算步长或风洞网格测力试验的数据采集间隔时间，F
n
为在数据采集间隔时间对应的挂载物气动力，n为个数；所述挂载物气动力包括挂载物的法向力、轴向力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种的组合，最终得到挂载物在分离区域空间位置网格点的非定常气动力网格数据集。3.根据权利要求1或2所述的一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法，其特征在于，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、对挂载物气动力的时域分布数据计算挂载物气动力分布律，设置气动力时域观测值为，按照从小到大排序，则挂载物气动力分布律的计算公式为：；其中，为第i个挂载物气动力分布律，为在第i个时域观测值中出现的次数；；S2.2、计算挂载物气动力的分布函数为，计算公式为：
。4.根据权利要求3所述的一种基于非定常气动力的挂载物分离轨迹仿真方法，其特征在于，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：S3.1、利用蒙特卡洛算法，首先构造（0,1）区间上的均匀分布随机数序列，采用混合同余法构建随机数的递推公式为：；其中，mod为取余数函数，为乘子，c为增量，m为模，，m，c均为正整数，t为递推步数；当t=1时，递推公式为：；其中为给定的初值，则递推t步可得到数值序列，再将此数值序列除以m，即...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊超，鲁文博，王峰，王天旭，宋文成，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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