本申请属于飞机气动设计和操稳设计领域，为一种飞机静稳定裕度的计算方法，通过风洞试验或数值模拟计算获取飞机升力系数和力矩系数随迎角变化的数值；再通过将实际重心与力矩参考点在机体轴上的无量纲距离Δx和Δz投影至气流轴上；根据气动焦点位置、实际重心的投影位置和力矩参考点的投影位置三者的关系即可得到飞机实际重心到气动焦点在气流轴上的无量纲距离X<subgt;CG</subgt;，而后根据静稳定裕度的定义即可得到飞机当前状态下的静稳定裕度。相比传统方法，该方法考虑了重心高度Δz对静稳定裕度的影响，使得在计算飞行器静稳定裕度时更准确，保证预警类等具有高重心特点的飞机在气动和操稳特性设计过程中具有与设计期望相符的飞行品质，从而保证飞行安全。
【技术实现步骤摘要】
本申请属于飞机气动设计和操稳设计领域，特别涉及一种飞机静稳定裕度的计算方法。
技术介绍
1、在飞机设计中，静稳定裕度的确定是飞机气动布局设计和操纵稳定性设计的关键技术之一，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。传统飞机静稳定裕度定义为飞机空气动力气动焦点位置与质心的无量纲距离。这个距离通常指飞机在机体轴x轴上重心和气动焦点位置之间的相对位置，这样定义的原因在于，传统飞机定义纵向静稳定力矩时，例如文献《飞机飞行操纵系统》中，认为迎角变化引起的飞机纵向静稳定力矩是由飞机升力y对飞机重心产生的力矩，即：
2、
3、其中，xf指气动焦点位置在飞机x轴的位置，xg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。把上式中的负号放入括号内并引入和ba为飞机展长，则上式变为：
4、
5、又有：代入上式，得：
6、
7、上式与气动力矩一般公式比较，可知：
8、
9、导数称为纵向静稳定性系数，一般称为纵向静稳定性，而又可以写为：
10、
11、则得：
12、
13、又对比式(4)和式(5)可知：
14、
15、导数称为飞机的纵向静稳定裕度。上式表明，飞机静稳定裕度为气动焦点位置和重心的无量纲距离。一般情况下，静稳定裕度为负值，气动焦点位置在重心之后，认为飞机静稳定；为0，认为中立稳定；为正值，气动焦点位置在重心之前，认为静不稳定。
16、一般情况下，在采用风洞测力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对迎角求导得到和此时由式(6)得到的是气动焦点位置相对于力矩参考点的无量纲距离，令δx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：
17、
18、式(8)表明，文献中的传统方法在计算静稳定裕度时仅仅考虑了飞机重心在机体轴x轴方向变化引起的影响，并未考虑飞机重心高度对静稳定裕度的影响，对于一般飞机而言，由于重心高度低，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，然而对于预警类以及其他重心较高的飞机，特别是在计算包线左边界的静稳定裕度时，由于重心高，式(8)计算结果会造成更大的误差。
19、因此如何计算重心高度较大的飞机的静稳定裕度是一个需要解决的问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供了一种飞机静稳定裕度的计算方法，以解决现有技术中进行静稳定裕度计算时未考虑飞机重心高度的问题。
2、本申请的技术方案是：一种飞机静稳定裕度的计算方法，包括：
3、将机体轴上25％弦长位置处选取为力矩参考点，通过风洞测力试验或数值模拟计算，得到飞机升力系数cl和力矩系数cm随迎角变化的数据；
4、选取速度包线上的一个速度点，找出此时的配平迎角α，分别求出升力系数和力矩系数在该迎角下的导数和并根据导数计算气动焦点位置至力矩参考点的无量纲距离xcp；
5、计算实际重心与力矩参考点在机体轴上的无量纲距离δx和δz，并将其投影至气流轴上，得到实际重心与力矩参考点在气流轴上的无量纲距离l1和l2；
6、结合实际重心与力矩参考点的位置关系，以及气动焦点与力矩参考点的位置关系，计算得到飞机实际重心到气动焦点位置在气流轴上的距离；
7、根据飞机实际重心到气动焦点位置的距离得到当前状态下飞机的静稳定裕度，根据飞机的静稳定裕度判断飞机的静稳定性，当静稳定裕度计算值为负，说明飞机静稳定；为0，飞机中立稳定；为正，飞机静不稳定。
8、优选地，所述气动焦点位置至力矩参考点的无量纲距离xcp为：
9、
10、式中，α为配平迎角，cl为飞机升力系数，cm为相对力矩参考点的气动力矩系数，为飞机升力系数对迎角的导数，为飞机气动力矩系数对迎角的导数。
11、优选地，所述飞机实际重心到气动焦点位置的无量纲距离为xcg：
12、xcg＝xcp-l1-l2 (10)
13、式中，l1＝δx*cosα，l2＝δz*sinα。
14、优选地，将l1和l2代入至xcg终，得到：
15、
16、优选地，由于静稳定裕度得到静稳定裕度的计算公式为：
17、
18、优选地，当静温度裕度计算值为负，说明飞机静稳定；为0，飞机中立稳定；为正，飞机静不稳定。
19、本申请的飞机静稳定裕度的计算方法，通过风洞试验或数值模拟计算获取飞机升力系数和力矩系数随迎角变化的数值，分别对升力系数和力矩系数求导计算，得到气动焦点位置至力矩参考点的无量纲距离xcp；再通过计算实际重心与力矩参考点在机体轴上的无量纲距离δx和δz，并将其投影至气流轴，得到实际重心与力矩参考点在气流轴的无量纲距离l1和l2，通过对气流轴上l1、l2和xcp三者的关系进行梳理，即可得到飞机实际重心到气动焦点的距离xcg，根据静稳定裕度与xcg的关系，得到静稳定裕度的表达式(12)，对比式(12)和式(8)，可以清楚地看到本文所专利技术的静稳定裕度计算方法，考虑了飞机重心高度δz的影响，使用该公式计算飞机静稳定裕度时更准确，保障了飞行安全。
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【技术保护点】
1.一种飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，所述气动焦点位置至力矩参考点的无量纲距离XCP为：
3.如权利要求2所述的飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，所述飞机实际重心到气动焦点位置的无量纲距离为XCG：
4.如权利要求3所述的飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，
5.如权利要求3所述的飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，由于静温度裕度得到静稳定裕度的计算公式为：
6.如权利要求3所述的飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于：当静温度裕度计算值为负，说明飞机静稳定；为0，飞机中立稳定；为正，飞机静不稳定。
【技术特征摘要】
1.一种飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，所述气动焦点位置至力矩参考点的无量纲距离xcp为：
3.如权利要求2所述的飞机静稳定裕度的计算方法，其特征在于，所述飞机实际重心到气动焦点位置的无量纲距离为xcg：
4.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：范天伦，申晓明，刘桓宇，
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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