某輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的氣動(dòng)特性計(jì)算

賀美珠

摘 要：本文基于某輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的數(shù)模，通過手動(dòng)測量來取得氣動(dòng)計(jì)算所需要的輸入數(shù)據(jù)，采用原版DATCOM軟件和DATCOM+軟件的結(jié)合，通過MATLAB編寫輸入輸出接口程序，來進(jìn)行模擬并計(jì)算某輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的氣動(dòng)特性。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)特性；DATCOM；MATLAB；模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.229

1 緒論

目前我國軍機(jī)設(shè)計(jì)、制造能力較強(qiáng)，經(jīng)驗(yàn)十分豐富，但通用航空方面的設(shè)計(jì)制造能力相對薄弱，特別是氣動(dòng)特性這一塊，缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)；大量的通用航空飛機(jī)，是設(shè)計(jì)制造先進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)以及先進(jìn)載人/載貨飛機(jī)的基礎(chǔ)，更是培養(yǎng)飛行員的基礎(chǔ)，缺乏基礎(chǔ)的我國航空制造業(yè)，猶如無本之木、無根之水。所以，無論從國防角度還是從國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度，通用航空都是關(guān)鍵性的產(chǎn)業(yè)之一。通過本次研究，掌握相應(yīng)的一些飛機(jī)氣動(dòng)特性的計(jì)算方法，熟悉整個(gè)計(jì)算流程，并對某型輕型運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的一些特性有進(jìn)一步的了解，也是一個(gè)積累經(jīng)驗(yàn)的過程。

2 計(jì)算方法

2.1 工程估算方法

最初我們采用的是根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊來進(jìn)行工程估算， 該方法比較普遍，針對翼型及各部件都有其對應(yīng)的計(jì)算公式，但不足的是：

（1）僅適用于大多數(shù)NACA翼型的飛機(jī)；

（2）針對該飛機(jī)的翼型，對于一些查圖所得到的數(shù)據(jù)，沒有其適用的數(shù)值，誤差較大；

（3）在計(jì)算升力及阻力系數(shù)時(shí)，計(jì)算量相對還不算大，但在后面力矩系數(shù)的計(jì)算過程中，需進(jìn)行積分計(jì)算，計(jì)算量較大。

故該方法不適用于該飛機(jī)的氣動(dòng)特性估算。

2.2 DATCOM軟件計(jì)算方法

該方法是根據(jù)總體設(shè)計(jì)參數(shù)即飛機(jī)的構(gòu)型參數(shù)、外形參數(shù)、迎角和操縱面參數(shù)及其偏轉(zhuǎn)角等參數(shù)來進(jìn)行計(jì)算，特點(diǎn)是由大量的圖標(biāo)和公示來進(jìn)行數(shù)據(jù)的擬合計(jì)算。優(yōu)點(diǎn)是既能輸出某一特定的飛機(jī)部件的計(jì)算結(jié)果也可以輸出整機(jī)的計(jì)算結(jié)果。本文就是利用了此項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合DATCOM+強(qiáng)大的后處理功能，來時(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)算模型和分析結(jié)果。但該方法的不足在于采用DATCOM 程序計(jì)算所得的氣動(dòng)數(shù)據(jù)來分析飛機(jī)的性能等指標(biāo)時(shí)所得結(jié)果比實(shí)際數(shù)值要略微小一些，且適用于常規(guī)的布局形式，同時(shí)，需要采用MATLAB進(jìn)行相應(yīng)接口的程序編寫，以適應(yīng)不同飛機(jī)構(gòu)型的參數(shù)計(jì)算與建模。

2.2.1 輸入文件

輸入文件主要包括：飛機(jī)外形數(shù)據(jù)、翼型數(shù)據(jù)、機(jī)身界面數(shù)據(jù)、飛行條件等。

2.2.2 輸出文件

輸出文件主要包括以下幾部分：文件頭信息、參考數(shù)據(jù)以及最重要的氣動(dòng)數(shù)據(jù)表格。

3 計(jì)算結(jié)果

此處僅列出部分計(jì)算結(jié)果，如下：

干凈構(gòu)型（巡航狀態(tài)，Ma=0.2，H=2000m，已配平）的升力曲線和極曲線如圖1所示：

起飛構(gòu)型（襟翼偏角40°，Ma=0.06，H=0m，已配平）的升力曲線和極曲線如圖2所示：

著陸構(gòu)型（襟翼偏角10°，Ma=0.06，H=0m，已配平）的升力曲線和極曲線如圖3所示：

4 總結(jié)

通過DATCOM計(jì)算所得到的輸出結(jié)果，是基于輸入數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的，即輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性決定了最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，DATCOM軟件對線性段即小迎角范圍內(nèi)的計(jì)算結(jié)果是較為準(zhǔn)確的，最終輸出的結(jié)果仍然是相對較為理想的。

5 進(jìn)一步的工作

由于DATCOM方法未能計(jì)算分析操縱面（方向舵）所引起的相應(yīng)影響，故對于某些特殊構(gòu)型，DATCOM 程序的分析并不夠準(zhǔn)確，希望在后續(xù)的工作中能夠?qū)ζ溥M(jìn)行二次開發(fā)或者考慮用有限元軟件（如CFD）對結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的有效驗(yàn)證。