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类F-16飞行器风洞虚拟飞行试验研究

张石玉 赵俊波 付增良 梁彬 周家检

张石玉, 赵俊波, 付增良, 等. 类F-16飞行器风洞虚拟飞行试验研究[J]. 实验流体力学, 2020, 34(1): 49-54, 86. doi: 10.11729/syltlx20180157
引用本文: 张石玉, 赵俊波, 付增良, 等. 类F-16飞行器风洞虚拟飞行试验研究[J]. 实验流体力学, 2020, 34(1): 49-54, 86. doi: 10.11729/syltlx20180157
ZHANG Shiyu, ZHAO Junbo, FU Zengliang, et al. Wind tunnel based virtual flight testing research of F-16 fighter[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(1): 49-54, 86. doi: 10.11729/syltlx20180157
Citation: ZHANG Shiyu, ZHAO Junbo, FU Zengliang, et al. Wind tunnel based virtual flight testing research of F-16 fighter[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(1): 49-54, 86. doi: 10.11729/syltlx20180157

类F-16飞行器风洞虚拟飞行试验研究

doi: 10.11729/syltlx20180157
基金项目: 

国家自然科学基金 11502263

钱学森青年创新基金 800008000102008

详细信息
    作者简介:

    张石玉(1984-), 男, 四川遂宁人, 高级工程师。研究方向:飞行动力学与实验流体力学。通讯地址:北京市7201信箱56分箱(100074)。E-mail:zhangsy701@sina.com

    通讯作者:

    赵俊波, E-mail:zjbo503@sina.com

  • 中图分类号: V211.7

Wind tunnel based virtual flight testing research of F-16 fighter

  • 摘要: 为研究高性能战斗机在大迎角机动飞行时复杂的非定常流动现象和运动-控制耦合现象,研制了三自由度风洞虚拟飞行试验系统,开展了类F-16飞行器模型风洞虚拟飞行试验。在小迎角试验中完成模型短周期运动模态模拟和控制律验证,在大迎角试验中测量到俯仰运动失稳现象,在负迎角试验中测量到横航向耦合失稳现象。研究表明:在横航向耦合失稳时,采用副翼增稳滚转通道难以恢复横航向稳定性,且可能发生运动-控制耦合振荡,而通过升降舵机动改变迎角可有效恢复横航向稳定性。
  • 图  1  三自由度虚拟飞行试验系统

    Figure  1.  DOF virtual flight test system in wind tunnel

    图  2  三自由度轴承机构结构示意图

    Figure  2.  Configuration of 3 DOF-bearing combination

    图  3  三自由度轴承机构安装图

    Figure  3.  3 DOF-bearing combination

    图  4  升降舵开环控制试验曲线

    Figure  4.  Open-loop control test curves in elevator maneuvering flight mode test

    图  5  方向舵开环控制试验曲线

    Figure  5.  Open-loop control test curves in rudder maneuvering test

    图  6  不同迎角自动配平试验曲线

    Figure  6.  Test curves of auto-trim at different angle of attack

    图  7  自动配平过程的阶跃响应

    Figure  7.  Step response in auto-trim test

    图  8  迎角正弦指令跟随性试验曲线

    Figure  8.  Sinusoid α command close-loop control test curves

    图  9  大迎角俯仰失稳现象

    Figure  9.  Longitudinal unstable phenomenon at high angle of attack

    图  10  迎角为-5°时横航向失稳现象

    Figure  10.  Lateral and directional unstable phenomenon (α=-5°)

    图  11  迎角为-7.5°时横航向失稳现象

    Figure  11.  Lateral and directional unstable phenomenon (α=-7.5°)

    图  12  迎角为-13°时横航向失稳现象

    Figure  12.  Lateral and directional unstable phenomenon (α=-13°)

    表  1  模型外形与实际F/A-16差异表

    Table  1.   Difference between test model and real F/A-16

    外形 F/A-16 模型 稳定性影响
    腹鳍 导致滚转静稳定性提高,偏航静稳定性降低
    平尾 下反角
    10°
    下反角
    导致俯仰静稳定性提高,
    偏航静稳定性降低
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    表  2  升降舵开环机动气动参数辨识结果

    Table  2.   Aero-parameter identification results of elevator maneuvering test

    v=10 m/s v=15 m/s v=20 m/s 文献[21]
    Cma -0.43 -0.46 -0.49
    误差带 0.064 0.083 0.053
    Cmq -5.10 -5.96 -5.34 -5.8
    误差带 1.48 1.88 1.05
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    表  3  控制系统阶跃信号动态指标

    Table  3.   Dynamic performance of control system in step response test

    超调量σ/(°) 过渡过程时间ts/ s 振荡次数N
    2 5.25 ≈3
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-29
  • 修回日期:  2018-12-20
  • 刊出日期:  2020-02-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日