Numerical study on longitudinal stability for HCW aircraft based on aerodynamic derivatives

Abstract

纵向稳定性是关乎临近空间高超声速飞行器操稳特性、飞行安全和飞行品质的关键因素之一。目前纵向稳定特性的研究主要围绕常规单升力面气动布局，而对具备双升力面结构的高压捕获翼新型气动布局，相关研究还有待加强。本文面向一种高压捕获翼飞行器，结合小振幅强迫振荡法、非定常数值模拟方法和最小二乘方法辨识纵向气动导数，详细研究了飞行姿态、振荡参数、来流条件和质心位置等因素的不确定性对飞行器纵向静、动稳定特性的影响规律。研究发现，当平衡攻角从-10度逐渐增大到14度时，纵向静稳定性整体呈现出波动减弱的趋势，而动稳定性却先小幅波动后迅速增强。振荡频率越大时，纵向稳定性越强，但总体影响不太明显；当振荡幅值低于2度时，气动导数的辨识结果相近，而在较大的振荡幅值下，最大攻角附近非定常气动力的迟滞效应显著增强。飞行马赫数增大时，静、动稳定性均显著减弱，且对较小的飞行马赫数比较敏感。飞行高度增大时，静稳定性逐渐减弱但动稳定性却逐渐增强，且均对较大的飞行高度更加敏感。飞行器纵向质心位置的改变主要对静稳定性影响较大，而对动稳定性的影响却相当有限。