本申请提供了一种考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，所述方法包括：获取飞机相对于力矩参考点的气动力数据；根据气动力数据计算得到当前迎角下的气动力参数，气动力参数包括升力系数、阻力系数、升力线斜率、阻力线斜率和力矩线斜率；根据力矩参考点及实际重心位置得到两点之间的无量纲距离在机体轴上的投影；构建包含气动力参数和无量纲距离的静稳定裕度计算式，根据静稳定裕度计算式的计算值判断飞机的静稳定状态，计算值为负，则说明飞机静稳定，计算值为零，则说明飞机中立稳定，计算值为正，则说明飞机静不稳定。本申请的方法可以保障飞机在接近速度包线左边界等边界情况下计算静稳定裕度的准确性。
【技术实现步骤摘要】
本申请属于飞机气动设计，特别涉及一种考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法。
技术介绍
1、在飞机设计中，静稳定裕度（static margin）是飞机气动布局设计和操纵稳定性设计的关键参数之一，合适的静稳定裕度能保证飞机良好的飞行品质和飞行安全。
2、 传统的飞机静稳定裕度定义为飞机空气动力焦点与质心的无量纲距离，这个距离通常指飞机在机体轴x轴上重心和焦点之间的相对位置，这样定义的原因在于，传统飞机定义纵向静稳定力矩时，认为迎角变化引起的飞机纵向静稳定力矩是由飞机升力对飞机重心产生的力矩，即：
3、；（1）
4、其中，
x
f指焦点在飞机x轴的位置，
x
g指重心位置，是低头力矩，按一般规定：低头力矩为负，因此在上述等式右边加“-”号。
5、把上式中的负号放入括号内并引入中间参数和，
b
a为飞机展长，则式（1）变为：
6、；（2）
7、又飞机升力y有：，代入上式可得：
8、；（3）
9、上式与气动力矩一般公式比较，可知：
10、；（4）
11、导数称为纵向静稳定性系数，一般称为纵向静稳定性，而纵向静稳定性系数又可以写为：
12、 ；（5）
13、则得：；（6）
14、又对比式（4）和式（5）可知：。（7）
15、导数称为飞机的纵向静稳定裕度。上式表明，飞机静稳定裕度为焦点和重心的无量纲距离。一般情况下，静稳定裕度为负值，焦点在重心之后，认为飞机静稳定；静稳定裕度为0，认为中立稳定；静稳定裕度为正值，焦点在重心之前，认为静不稳定。
16、一般情况下，在采用试验的方法获取气动力数据时，常选用25%平均气动弦长位置作为试验力矩参考点来开展低速风洞试验。得到试验数据后，升力系数和力矩系数分别向迎角求导得到和。此时由式（6）得到的是焦点相对于力矩参考点的无量纲距离，令△x为力矩参考点到实际重心的无量纲距离，则相对于实际重心的静稳定裕度为：。（8）
17、式（8）表明，传统方法在计算静稳定裕度时仅仅考虑了升力引起的纵向静稳定力矩，并未考虑阻力引起的静稳定力矩。对于一般飞行状态而言，由于阻力小，在进行工程计算时，通过式（8）确定静稳定裕度的方法并不会造成很大误差，然而在计算速度包线左边界的静稳定裕度时，由于此时接近失速，飞机阻力陡然增大，导致式（8）计算带来很大误差，特别地，对于预警类飞机，叠加高重心等不利因素，式（8）的计算结果甚至会与实际静稳定性相反。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供了一种考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，以解决或减轻
技术介绍
中的至少一个问题。
2、本申请的技术方案是：一种考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，所述方法包括：
3、获取飞机相对于力矩参考点的气动力数据；
4、根据所述气动力数据计算得到当前迎角下的气动力参数，所述气动力参数包括升力系数、阻力系数、升力线斜率、阻力线斜率和力矩线斜率；
5、根据力矩参考点及实际重心位置得到力矩参考点与实际重心在机体轴上的投影距离的无量纲距离；
6、构建包含气动力参数和无量纲距离的静稳定裕度计算式，根据所述静稳定裕度计算式的计算值判断飞机的静稳定状态，其中，所述计算值为负，则说明飞机静稳定，所述计算值为零，则说明飞机中立稳定，所述计算值为正，则说明飞机静不稳定。
7、进一步的，所述气动力数据通过风洞试验获得。
8、进一步的，所述力矩参考点在机体轴上的投影距离的无量纲距离为；
9、所述实际重心在机体轴上的投影距离的无量纲距离为；
10、式中，△x和△z分别为力矩参考点与实际重心在机体轴上的投影距离，
c为平均气动弦长。
11、进一步的，所述静稳定裕度计算式为：
12、
13、式中，
c
m为气动力矩系数；
14、
cl为升力系数；
15、
cd为阻力系数；
16、
clα为升力线斜率；
17、
cdα为阻力线斜率；
18、
c
m0
α为力矩参考点处的力矩线斜率；
19、α为迎角。
20、进一步的，所述方法还包括静稳定裕度计算式的推导过程：
21、在实际使用气动力数据时，将力矩参考点的气动力矩修正到实际重心位置，令
cp为力矩参考点位置，
cg为实际重心位置，
cf为气动焦点位置，升力系数
cl、阻力系数
cd和力矩系数
c
m0为相对试验力矩参考点的气动力系数，将升力系数和阻力系数分解到机体轴上可得机体轴x轴和z轴上的力系数
c
fx、
c
fz分别为：、；
22、将针对力矩参考点的力矩系数修正到实际重心，则得到实际重心位置的气动力矩系数
c
m为：；
23、式中，△x与△z为力矩参考点与实际重心在机体轴系上的投影距离的无量纲化距离；
24、在综合考虑升力和阻力的影响下，按照静稳定性的定义，利用气动力矩系数
c
m的方程对迎角α求导，得到静稳定性的表达式为：
25、；
26、令、、，根据静稳定裕度的公式，根据静稳定裕度的公式，对静稳定性的表达式进行变换得到所述静稳定裕度计算式。
27、进一步的，所述方法还包括静稳定裕度计算式的计算过程：
28、构建中间参数a~e，令： ；
29、根据获得的气动力参数无量纲距离计算得到所述中间参数a~e；
30、使所述中间参数a~e求和，即得到静稳定本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述气动力数据通过风洞试验获得。
3.如权利要求2所述的考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述力矩参考点在机体轴上的投影距离的无量纲距离为；
4.如权利要求3所述的考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述静稳定裕度计算式为：
5.如权利要求4所述的考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述方法还包括静稳定裕度计算式的推导过程：
6.如权利要求4所述的考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述方法还包括静稳定裕度计算式的计算过程：
【技术特征摘要】
1.一种考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述气动力数据通过风洞试验获得。
3.如权利要求2所述的考虑飞机重心高度和阻力影响的静稳定裕度计算方法，其特征在于，所述力矩参考点在机体轴上的投影距离的无量纲距离为；
4.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：范天伦，刘岳峰，高波，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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