【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直升机飞行力学与空气动力学领域，具体是一种不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法。
技术介绍
1、将舰载机降落在飞行甲板上是一项困难而艰巨的任务，即使是最优经验的驾驶员也不能完全预料到船后的情况。这是由于舰载机不仅要在有限的着陆区域进行操纵，还受到舰船上层建筑引起的下洗气流、侧洗气流和脉动湍流等诸因素的影响。因此，发展一种准确反映舰艉流场影响舰载直升机起降的仿真方法十分必要的。
2、流动分离现象在日常生活和工业领域等普遍存在，比如机翼绕流分离，发动机进气道分离，城区风场等。而流动分离带来额外的流动阻力和流动噪声，会降低部件性能或者扰乱正常飞行作业，因此抑制流动分离等现象十分重要，这使得以抑制流动分离为主的流场控制一直是空气动力学研究者关注的问题。舰船建筑包括桅杆，武器系统，舰岛等钝体几何外形造成的流动分离导致舰船后方，甲板区域的流场情况极其复杂，对该区域流场进行控制是亟需的。
3、在大部分应用场景中，采用被动控制技术，即通过对舰船上层建筑或者机库的几何结构的改造改善流场，是大部分舰船中常用的，但是其一旦在舰船建造的时候设计完毕，就无法适应后期真正工作时的实际情况，也不能主动适应实际工作条件，特别是复杂多变的海洋环境。
4、与被动控制不同，主动控制可自主调节能量输入的大小，因此对舰船尾流控制具有明显的优势。研究者通过补气方式比如射流或者吹气的方式来对艉流场流动分量进行控制，也有人通过等离子体激励器降低流场的不稳定性。然而，已有的研究仅限于单个风向角下主动控制的改善效果，不能应
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，能够匹配不同风向角艉流场情况，提供相应控制方案，减少流动分离的不稳定性，有助于降低直升机着舰作业时驾驶员的工作负担，从而保证着舰或者起飞时直升机以及相关人员的安全。
2、本专利技术提供了一种不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
3、1）进行舰艉流场影响舰载直升机起降的仿真；
4、1.1）建立直升机飞行动力学模型，通过飞行试验数据对比验证基本飞行动力学模型和配平方法的正确性；
5、1.2）对研究的舰船对象在保证主要气动特征的前提下，进行几何简化，使用定常cfd方法模拟舰艉流场；
6、1.3）仅考虑舰船艉流对旋翼、机体和尾桨气动特性的单向影响，忽略旋翼尾迹对舰船艉流的影响，建立舰船艉流与飞行动力学模型单向耦合的方法，形成耦合舰艉流场的飞行动力学模型，简化后的直升机飞行动力学方程组表示为：；式中：t是时间，x和u分别是直升机状态量和控制量，wwake是直升机各气动部件的舰面气流速度；
7、,,；
8、其中u,v,w,p,q,r分别为机体坐标系的机体运动速度和角速度，为机身姿态角，分别为第i片桨叶的挥舞角和挥舞角速率，v0,vc,vs为旋翼入流状态，vtr为尾桨入流状态，vxvy为机身下洗和侧洗对平尾、垂尾和尾桨的尾迹干扰状态；为横向操纵杆量，为纵向操纵杆量，为总距操纵杆量，为脚蹬操纵量；下标i,j为第i片桨叶第j个叶素的舰面气流速度，下标f表示机身在3个方向的舰面气流速度分量，下标h表示平尾在3个方向的舰面气流速度分量，下标v表示垂尾在3个方向的舰面气流速度分量，下标tr表示尾桨在3个方向的舰面气流速度分量；
9、2）确定直升机舰载作业区域和选取研究采取的着舰路径，基于以上数值模拟与耦合舰艉流场的飞行动力学模型，将孤立直升机配平结果用作对比，使用直升机在舰船艉流中配平得到的操纵量和姿态角来研究舰艉流场对直升机平衡特性的影响；根据流场分布特征，对直升机平衡状态影响较大或者为主要影响的流动特征进行分析，研究其发生的原因、位置以及影响程度；
10、3）进行甲板流场主动控制：
11、3.1）考虑不同风向角的情况，研究不同风况下流动的特征；
12、3.2）设计流场主动控制方法：通过改变相应壁面的边界条件，即在物面上布置一系列的喷气小孔以形成连续均匀或连续不均匀的喷气区域；其他边界条件设置：流场入口设置为速度入口，流场出口设置为压力出口，其余物面皆为无滑移壁面，垂直于飞行甲板方向的喷气流量u根据质量流量和其附近的物理量通过以下方程来计算：；
13、式中：a为附近区域内面积，质量流量参考edp原则；
14、3.3）针对不同风向角提供相应方案，将其应用到飞行甲板，对应用主动控制后的舰船进行数值模拟；
15、3.4）分析应用主动控制后的舰艉流场分布情况，分析主动控制对舰艉流场的影响；
16、3.5）使用直升机在改善的流场中配平得到的操纵量和姿态角与未施加主动控制的情况作对比，进一步分析主动控制对直升机平衡特性的影响，验证主动控制方法的正确性及其方案的合理性。
17、步骤1.2）所述使用定常cfd方法模拟得到舰艉流场具体方法如下：
18、1.21）使用rans方法计算定常舰艉流场；
19、1.22）使用fluent软件对流场进行定常数值模拟，舰艉流场中的湍流是典型的非线性随机过程，考虑飞行甲板直升机起降区域流场，采用雷诺平均方法中的标准湍流模型封闭方程，用于预测舰船空气尾流，同时选择基于压力的simple算法进行计算。
20、步骤2）所述的着舰路径包括依次进行的渐进并保持左舷悬停、横向侧移、保持甲板上方站位和垂直降落。步骤2）所述对直升机平衡状态为主要影响的流动特征是等机库高度时横向侧移路径上舰艉流场对直升机平衡状态的影响。
21、步骤3.1）所述不同风向角包括0°、右舷15°，右舷30°、右舷45°、左舷15°、左舷30°、左舷45°。
22、步骤3.3）所述针对不同风向角提供相应方案进行数值模拟，具体过程如下：对不同风向角甲板上方映射区域内最大下洗值与其平面位置坐标关系进行五阶二元多项式拟合，最终匹配下洗程度的喷气流量控制具体由甲板位置坐标（x,y）和喷气流量u三者关系方程确定，，单位m/s，根据风向角分别为：
23、0°:，；
24、右舷15°: ，；
25、右舷30°: ，；
26、右舷45°:，；
27、左舷15°: ，；
28、左舷30°: ，；
29、左舷45°:，。
30、本专利技术有益效果在于：
31、(1) 本专利技术提出的反映舰艉流场影响直升机舰载安全的仿真方法可以较为准确地模拟直升机受到舰艉流场干扰后平衡状态的变化，可适用于多种常规直升机，同时可用于不同直升机/舰船的组合；
32、(2) 该专利技术提出的应用于甲板的主动吹气控制技术对舰艉流场中危害直升机起降安全的流动分量具有针对性，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于包括以下步骤：直升机在舰船甲板上不同风向起降时的流场主动控制方法
2.根据权利要求1所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤1.2）所述使用定常CFD方法模拟得到舰艉流场具体方法如下：
3.根据权利要求1所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤2）所述的着舰路径包括依次进行的渐进并保持左舷悬停、横向侧移、保持甲板上方站位和垂直降落。
4.根据权利要求1或3所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤2）所述对直升机平衡状态为主要影响的流动特征是等机库高度时横向侧移路径上舰艉流场对直升机平衡状态的影响。
5.根据权利要求1所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤3.1）所述不同风向角包括0°、右舷15°，右舷30°、右舷45°、左舷15°、左舷30°、左舷45°。
6.根据权利要求5所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤3.
...【技术特征摘要】
1.一种不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于包括以下步骤：直升机在舰船甲板上不同风向起降时的流场主动控制方法
2.根据权利要求1所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤1.2）所述使用定常cfd方法模拟得到舰艉流场具体方法如下：
3.根据权利要求1所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤2）所述的着舰路径包括依次进行的渐进并保持左舷悬停、横向侧移、保持甲板上方站位和垂直降落。
4.根据权利要求1或3所述的不同风向直升机起降的舰船甲板流场主动控制方法，其特征在于：步骤2）所述对直升机平衡状态为主要影响的流动特征是等...
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