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《空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào)》2014年第三期

1氣動(dòng)設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則

嵌入式大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)是相對傳統(tǒng)的外插式大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)而言的，在飛行器飛行包線范圍內(nèi)，基于其機(jī)頭或前機(jī)身表面的壓力分布，提取其飛行空速、飛行高度、飛行迎角和側(cè)滑角等設(shè)計(jì)理念。其主要特點(diǎn)是飛行器大氣數(shù)據(jù)感受器和飛行器是一體化設(shè)計(jì)，從而保證飛行器的整體最優(yōu)氣動(dòng)外形。其氣動(dòng)力設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括飛行器前機(jī)身流動(dòng)特征及其機(jī)理研究；測壓孔位置的選取，測壓孔的布置方式以及測壓孔數(shù)量的確定；飛行器表面的壓力系數(shù)與其飛行速度、高度、迎角和側(cè)滑角的復(fù)雜函數(shù)關(guān)系的建立等。這些都是嵌入式大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。嵌入式大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則為：在設(shè)計(jì)解算迎角、側(cè)滑角的測量孔時(shí)，要求測壓孔所感受的壓力對迎角和側(cè)滑角較為“敏感”；在設(shè)計(jì)解算飛行空速和氣壓高度測壓孔設(shè)計(jì)時(shí)，則要求所設(shè)置的壓力測量孔對迎角和側(cè)滑角的變化反應(yīng)“遲鈍”；飛控系統(tǒng)還要求嵌入式大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)滿足工程可靠性的要求。

2“三點(diǎn)”解算方法

模型頭部為球冠外形（見圖1），其表面某測點(diǎn)的壓力表達(dá)式：從求解得到的αe、βe、qc、p"0四個(gè)基本參數(shù)便可以確定大氣數(shù)據(jù)（總溫除外）。球冠模型壓力測壓點(diǎn)及其圓錐角與周向角的定義見圖2。

2．1當(dāng)?shù)貧饬饔墙馑闶剑?）中，在模型上選取3個(gè)測壓點(diǎn)的壓力可以。由式（5）求解βe，同樣面臨著的αe與βe耦合的問題。式（4）中已經(jīng)得到αe，當(dāng)設(shè)定第i、j、k測壓點(diǎn)在與模型的子午面正交的豎直面上時(shí)，同樣實(shí)現(xiàn)αe與βe解耦，便可以由式（5）求解βe。

2．2馬赫數(shù)、靜壓、沖擊壓力解算

3結(jié)果初步分析

3．1迎角解算結(jié)果分析表1給出了β＝0°，M＝0．60、0．95和1．80條件下，依據(jù)當(dāng)?shù)貧饬饔桥c模型迎角工作曲線所求解的模型迎角與模型真實(shí)迎角的部分結(jié)果。第1、3、7測壓點(diǎn)和11測壓點(diǎn)分別為子午面上（測壓點(diǎn)在模型上的布置見圖2，以下同）。在給定的相同試驗(yàn)條件下，第1、3、7測壓點(diǎn)加上第16、24測點(diǎn)組合定義為狀態(tài)A，第3、7、11測壓點(diǎn)加上第16、24測點(diǎn)組合定義稱為狀態(tài)B。由表中結(jié)果不難看出，在亞、跨、超聲速條件下，在試驗(yàn)狀態(tài)范圍內(nèi)，由三點(diǎn)算法求解模型的迎角與模型的真實(shí)迎角具有較好的一致性，且具有較高的精準(zhǔn)度。

3．2側(cè)滑角解算結(jié)果分析表2為M＝0．60、0．95和1．80條件下，依據(jù)當(dāng)?shù)貧饬鱾?cè)滑角與模型側(cè)滑角工作曲線所求解的模型側(cè)滑角與模型真實(shí)側(cè)滑角的部分結(jié)果。與解算的模型迎角結(jié)果相似，亞、跨、超聲速條件下，在試驗(yàn)狀態(tài)范圍內(nèi)，由三點(diǎn)算法求解模型的迎角與模型的真實(shí)迎角具有較好的一致性，且具有較高的精準(zhǔn)度。

3．3解算來流靜壓、M數(shù)與風(fēng)洞來流靜壓、M數(shù)對比表3給出在來流M＝0．60、0．95和1．80，迎角0°、8°、16°、側(cè)滑角0°條件下，解算靜壓P∞0與來流靜壓P∞的比較。結(jié)果表明，解算靜壓P∞0與來流靜壓P∞具有較好的一致性，兩者的差異不超過100Pa。表明該解算方法所得到的來流靜壓P∞0具有較好的解算精準(zhǔn)度，滿足大氣數(shù)據(jù)解算的靜壓的精準(zhǔn)度的要求。表4則給出在來流M＝0．60、0．95和1．80，迎角0°、8°、16°，側(cè)滑角0°、±5°和10°條件下，所解算的馬赫數(shù)Ma與來流M∞比較，可以看出解算馬赫數(shù)Ma與來流M∞的一致性較好，可以滿足大氣數(shù)據(jù)解算的Ma數(shù)精準(zhǔn)度的要求。

4結(jié)論

通過以上初步分析，可以得出如下結(jié)論：（1）嵌入式大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣動(dòng)設(shè)計(jì)所選定的研究模型、其測壓孔的布置合理，具有工程實(shí)用性。（2）在驗(yàn)證試驗(yàn)條件下，嵌入式大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣動(dòng)設(shè)計(jì)所研究的三點(diǎn)解算方法，所解算的來流靜壓、M數(shù)和模型的迎角、側(cè)滑角具有較好的解算精準(zhǔn)度，可以滿足工程設(shè)計(jì)的需求。

作者：李其暢劉勁帆劉昕楊軼成陳建中田沛洲楊杰康洪波朱世民單位：中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心中航工業(yè)成都凱天電子股份有限公司