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翼型风洞不确定性分析

2022/07/15192 作者:佚名
导读:风洞试验是确定飞行器气动参数的重要途径,然而,风洞试验数据因为各种原因存在一定的不确定性,人们围绕提高风洞试验数据的精度和准度进行了不懈的努力。为了更客观地使用风洞试验数据,国外首先引入了不确定性分析方法。在不确定性分析过程中,最重要的技术环节就是获得相应的敏感性导数,对于导数的求取方法,最直接的方式就是利用差分法获取,随着计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,C

风洞试验是确定飞行器气动参数的重要途径,然而,风洞试验数据因为各种原因存在一定的不确定性,人们围绕提高风洞试验数据的精度和准度进行了不懈的努力。为了更客观地使用风洞试验数据,国外首先引入了不确定性分析方法。在不确定性分析过程中,最重要的技术环节就是获得相应的敏感性导数,对于导数的求取方法,最直接的方式就是利用差分法获取,随着计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术的发展和成熟,利用CFD工具计算这些敏感性导数,理论上是可以实现的,但是,对于众多的敏感性导数,如果采用简单的差分算法意味着巨大的计算量以及过于繁杂的人工操作。此外,CFD软件计算的结果还受到网格数量、收敛精度等因素的影响,而且差分算法中步长的选取也对敏感性导数值产生影响。为了更有效地获得敏感性导数,国外引入自动微分方法,这种方法直接伴随CFD求解空气动力学基本方程的实际过程,敏感性导数的计算也是数学意义上严格的微分概念,更有意义的是,只要开发出的计算程序设计合适,可以在一次性计算中同时获得大量的敏感性导数,而且敏感性导数的收敛精度与流场的收敛精度达到相同的量级,因此,敏感性导数的计算精度可以得到充分保证。同时,相对于同样具有高精度,但计算量过大的复步长微分方法和难以推广到复杂问题的符号微分方法,自动微分对具体问题的适应性和可行性最好。国内对自动微分的研究应用始于21世纪初,在气动优化领域己取得一些进展,对风洞试验不确定性分析的研究和成果主要围绕试验误差分析和不确定度合成方法,并且主要应用在积分型气动力系数不确定度的计算上,对于来流状态本身的随机不确定性对模型各部分气动性能影响程度的差异以及模型各部分对来流不确定性的承受能力的差异则考虑不多。

徐林程以跨声速翼型为对象,应用自动微分软件Tapenade对课题组开发的CFD程序进行改造,对典型超临界翼型的亚声速和跨声速敏感性导数进行计算,给出了压力系数分布对来流条件的不确定性分析。这项工作对于认识和指导风洞试验研究有一定的实用价值。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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