2.4﹢m跨声速风洞虚拟飞行试验技术研究

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1、航空学报AclaAerOnauticaefAslrOnauticaSinicaFeb．252016VoI．37No．2504．512ISSN1000．6893CN11．1929／VhttD：／yhkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．educn2．4m跨声速风洞虚拟飞行试验技术研究赵忠良*，吴军强，李浩，周为群，毛代勇，杨海泳中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，绵阳621000摘要：风洞虚拟飞行试验(WTBVFT)技术是在风洞环境中对飞行器机动运动最逼真模拟的物理过程，它不仅可以更加有效模拟飞行器的机动运

2、动过程、获取气动／运动耦合特性和揭示气动／运动耦合机理，而且能够实现气动／飞行力学集成的相容性研究。鉴于此，简要介绍了2．4m跨声速WTBVFT技术，包括：相似准则和模拟方法、试验模型支撑技术、气动／运动参数测试技术和操纵控制技术等，并开展了典型导弹模型开环控制、姿态角闭环控制、加速度闭环控制、俯仰／滚转耦合与解耦控制以及靶试弹道验证等WTBVFT。研究结果表明：WTBVFT系统运动灵活，气动参数和运动参数测量结果准确可靠，能够有效模拟导弹实际飞行过程，具备闭环控制与耦合运动解耦控制的试验模拟能力，初步形成了气动／飞行力学一

3、体化试验研究能力。同时，该研究也为开展控制方法优化与验证、数据修正与应用以及发展复杂构型的wTBVFT奠定了技术基础。关键词：飞行器；导弹；气动／运动耦合；虚拟飞行试验；风洞试验；闭环控制中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：1000一6893(2016)020504一09高机动性和高敏捷性已经成为现代先进飞行器实现快速占位、先敌瞄准、精确打击、有效避让和提高生存力的基本保证，成为现代先进飞行器研制追求的共同目标，如第四代战斗机要求具备过失速飞行能力、空空战术导弹要求大离轴角发射的转弯能力和近空间飞行器超声速大迎角

4、机动下压等，此时飞行器必然会出现气动非线性和运动非线性，气动参数和运动参数都随时间剧烈变化，而且气动参数与运动参数相互作用，呈现强烈的耦合效应，非常容易诱发非指令耦合运动，导致飞行失控，甚至危及飞行安全[1巧J。近年来，针对飞行器高机动飞行过程中的非线性气动／运动耦合问题，在风洞试验研究方面，主要以美国为首的欧美发达国家发展了一种能够填补传统静、动态风洞试验与飞行试验之间鸿沟的风洞虚拟飞行试验(WindTunnelBasedVirtu—alFlightTesting，WTBVFT)技术[6-l“，它是把飞行器模型甚至实物安装

5、在风洞中的专用支撑装置上，让模型线位移约束，而3个角位移可以自由转动，在真实气流环境下，按照飞行要求设计的控制律实时操纵控制舵面来驱动模型运动，同步测量飞行器气动和运动参数，检验飞行器的操纵响应特性，研究气动／运动耦合机理，探索解耦控制措施的目的。为此，美国阿诺德工程发展中心(Ar—noIdEnginneringDevelopmentCenter，AEDC)在专门建造的开口连续式风洞上完成了AIM一9X导弹的虚拟飞行试验；德国在DNW的低速风洞构建了并联机构的六自由度动态试验系统，可以实现3个角位移和3个线位移运动，研究机动

6、模拟过程气动力特性的目的[151。国内的航天空气收稿日期：2015—03．09；退修日期：2015．04．13；录用日期：2015．07一01；网络出版时间：2015-07-3114：42网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detail／111929V201507311442．001html基金项目：国家自然科学基金(91216203)；国家“973”计划(61389)*通讯作者Tel：0816．2462109E—mail：zzzhao—cardc@sinacom载甬格武；赵忠良．吴军强．李浩．等．2。4m跨声速风

7、涌虚拟飞行试验技术磅究[如．航空学报．2016．37(2)：584—512．ZHA0ZL．wUJQ’L

8、H．eta

9、．

10、nves“gation。fv矾ualfIighttes柏gtechniquebasedon2．4mtrans∞icwlndtunne

11、￡JI．ActaAefonaultcaetAstfo—nauticas呐tca．2016．37(2)1504-512赵忠良，等：2．4m跨声速风洞虚拟飞行试验技术研究动力技术研究院[16I、中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所都发展了低速风洞虚拟飞行试验技术以及水平风

12、洞模型自由飞技术[17。18

13、。这些大多采用张线支撑模式，在高速风洞试验时容易出现结构共振，也不利于实现气动／运动参数的同步测量。中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所长期跟踪研究国外风洞虚拟飞行试验技术，并成功解决了虚拟飞行试验的相似准则、模拟方法、支撑技术、操纵控制以及气动／运动