一种地效飞行器起飞性能求解方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地效飞行器起飞性能求解方法，用于分析地效飞行器起飞性能， 属飞行器总体设计技术领域。
【背景技术】
[0002] 地效飞行器是一种能够贴近水/地面高速飞行的运载工具，该类飞行器充分利用 "地面效应"原理，可显著降低机翼的诱导阻力，使飞行时的升阻比和升力系数大大提高。在 军事和民用上均拥有广阔的应用前景，备受各国瞩目。但正由于其既能在水中航行，也能在 地效区飞行（部分地效飞行器可掠水高飞），使得其运动过程的分析比常规飞行器复杂，从 而增加了地效飞行器总体性能的计算分析难度。
[0003] 目前，地效飞行器的总体性能计算主要是借鉴常规飞机和地效翼船的计算方法， 没有一套针对地效飞行器总体性能计算分析方法。而起飞性能作为飞行器总体性能的主要 内容，是地效飞行器各设计阶段不可或缺部分。起飞性能主要包括起飞离水速度、离水时间 和滑水距离，其计算分析难点是地效飞行器从水中航行到起飞过程中运动姿态的确定。地 效飞行器在滑水起飞阶段，其运动姿态时刻变化，造成其水动力阻力变化，使得无法用某个 具体的表达式去描述这个过程中水动力阻力。常规水动力阻力的计算方法是假定地效飞行 器的水动阻力是速度和吃水截面积的函数，或者利用CFD计算某个状态的水动力阻力，但 是前者基于很多理论假设，后者无法模拟带动力增升的情况且计算状态单一，使得计算出 来的水动力阻力都不够准确，再加上整个滑水起飞过程是动态的，从而造成起飞性能计算 复杂、计算结果不够准确。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种地效飞行器起飞性 能求解方法，解决了常规地效飞行器起飞性能计算复杂以及计算结果不够准确的缺点，为 地效飞行器总体性能分析提供条件。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] 一种地效飞行器起飞性能求解方法，包括步骤如下：
[0007] (1)对地效飞行器进行全机带动力水池模型试验并获取试验数据；所述试验数据 包括试验速度区间的水动力阻力、推力、纵倾角和速度；
[0008] ⑵将步骤⑴中获得的试验速度区间的水动力阻力、推力和纵倾角换算到实船， 得到实船的水动力阻力D wat、推力T和纵倾角γ ;所述实船是指真实的地效飞行器；
[0009] 其中水动力阻力和推力的换算关系式为F全机=F模g λ 3，F全机为实船的水动力阻力 或者推力；Ftss为与!^机相对应的模型的水动力阻力或推力；λ为试验模型的缩放比例因 子；
[0010] 角度的换算关系式为γ全机=γ翻，γ全机为实船的纵倾角，γ翻为模型的纵倾 角；
[0011] 速度的换算关系式为匕机=厂_及，V全机为实船的速度，V模型为模型的速度；
[0012] (3)根据步骤⑴中水池试验中获得的纵倾角γ，结合CFD计算或者风洞试验数 据，计算出对应纵倾角下升力系数C1和阻力系数C x，根据气动阻力计算公式Dx= 0.5 P V2CxS 计算出对应的气动阻力，其中，P为空气密度，S为实船全船参考面积；
[0013] (4)根据公式
计算出起飞离水速度Vga，其中G为实船起飞 重量；
[0014] (5)分三段拟合出步骤（2)中水动力阻力Dwat、推力T和纵倾角γ与速度V相关 的多项式：
[0018] 其中，Xg为实船重心位置，V1S实船出现第一水动力阻力峰后的最小水动力阻力 对应的速度点，V2为全机带动力水池模型试验的最大速度换算到实船的速度，Vga实船起飞 离水速度，fi、&和f 3分别是在不同速度区间水动力阻力D wat关于V、Xg、G的多项式，g r g2 和g；3分别是在不同速度区间推力T关于V、Xg、G的多项式，h P 112和h 3分别是在不同速度 区间纵倾角γ关于V、Xg、G的多项式；
[0019] (6)根据步骤（3)中结果，拟合出实船气动阻力Dx关于速度和纵倾角的多项式 为：
[0021] 其中，yjp y i分别是在不同速度区间是气动阻力Dx关于V和γ的多项式；
[0022] (7)判断步骤（5)中拟合的各个多项式在分段点处VJPV^否连续，若连续则进 入步骤（8)，否则提高拟合次数重新执行步骤（5);
[0023] (8)利用牛顿第二定律可列出起飞滑水过程中的运动方程：
[0025] 将步骤（5)、（6)中的T、DwaJP D χ代入上式分段积分求和即可求得该地效飞行器 不同状态的起飞离水时间t，再结合滑水距离L和起飞离水时间t的关系式dL = Vdt，求出 起飞滑水距离L，从而完成所述地效飞行器起飞性能的求解；
[0026] 其中，Φ为发动机安装角，g为重力加速度。
[0027] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0028] (1)本发明相对于原有技术存在诸多假设进行调整，对起飞离水过程中水动力阻 力、气动阻力的获取更准确。
[0029] (2)本发明既适用于带动力增升的也适用于不带动力增升的地效飞行器，适用范 围更广。
[0030] (3)本发明的计算方法简单、直观，能快速、有效的计算出地效飞行器不同起飞状 态的起飞性能。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明流程图；
[0032] 图2为地效飞行器起飞滑水过程水动力阻力变化曲线。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0034] 全机带动力水池模型试验是一种获取地效飞行器水动力阻力相对准确的手段，其 试验内容一般包括全机带动力模型静水阻力拖曳试验、螺旋桨推力校核试验、全机带动力 模型气动阻力校核试验。全机带动力模型静水拖曳试验可测量出不同运动状态（速度、重 心和重量变化）时的总阻力、纵倾角等的值，全机带动力模型气动阻力校核试验可测出静 水拖曳试验状态中的气动阻力，从而可计算出不同状态下水动力阻力。计算起飞性能时的 气动阻力是通过测量纵倾角，寻找对应CFD或者风洞试验的阻力系数求得。二者构成地效 飞行器滑水起飞阶段总阻力，通过相似准则换算，即可获得实船的总阻力值。
[0035] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于全机带动力水池模型试 验的地效飞行器起飞性能确定方法。本发明方法通过仔细分析试验数据中的水动力阻力和 速度、重心以及重量的关系，推力和速度、重心以及重量的关系，纵倾角和速度、重心以及重 量的关系，寻找特征点，分段拟合出水动力阻力、推力以及纵倾角的关系式，再根据地效飞 行器运动方程解算出不同状态的起飞性能。由于本方法是建立在全机带动力水池模型试验 的基础上，使得计算更具有针对性，不论是带动力增升的还是不带动力增升的地效飞行器 都适用。
[0036] 如图1所示，本发明提出的一种地效飞行器起飞性能求解方法，包括步骤如下：
[0037] (1)对地效飞行器进行全机带动力水池模型试验并获取试验数据；所述试验数据 包括试验速度区间的水动力阻力、推力、纵倾角和速度；
[0038] (2)将步骤⑴中获得的试验速度区间的水动力阻力、推力和纵倾角换算到实船， 得到实船的水动力阻力D wat、推力T和纵倾角γ ;所述实船是指真实的地效飞行器；
[0039] 其中水动力阻力和推力的换算关系式为F全机=F模s λ 3，F全机为实船的水动力阻力 或者推力；Ftss为与!^机相对应的模型的水动力阻力或推力；λ为试验模型的缩放比例因 子；
[0040] 角度的换算关系式为γ全机=γ翻，γ全机为实船的纵倾角，γ翻为模型的纵倾 角；
[0041] 速度的换算关系式为
，^^为实船的速度，Vtss为模型的速度；
[0042] (3)根据步骤⑴中水池试验中获得的纵倾角γ，结合CFD计算或者风洞试验数 据，计算出对应纵倾角下升力系数C1和阻力系数C x，根据气动阻力计算公式Dx= 0.5 P V2CxS 计算