一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法技術

一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法，第一步，一是根據無人機的理論外形結合風洞試驗數據，根據對無人機理論進行CFD計算得到的氣動數據與風洞試驗數據的吻合度，確定最終適合無人機理論外形的CFD計算方法；二是無人機的制造外形獲得其點云數據，進而進行逆向建模得三維模型；第二步，將無人機理論外形與三維模型進行偏差統計，得到二者的幾何偏差數值分布；并對上述得到的三維模型利用上述確定的CFD計算方法進行計算，得到制造外形的氣動數據；第三步，根據制造外形和理論外形CFD計算的氣動數據，對比無人機氣動偏差；若氣動數據偏離在預設的范圍內，則該無人機制造外形滿足要求；否則，認定該無人機制造外形存在氣動偏差。

Method for evaluating aerodynamic deviation of unmanned aerial vehicle

An evaluation method of aerodynamic shape deviation machine manufacturing is a first step, according to the theory of appearance of the UAV with the wind tunnel test data, according to dynamic data coincide with the wind tunnel test data of UAV theory CFD the calculated gas, determine the final shape of the theory for UAV CFD calculation method is two; the appearance of manufacturing UAV obtain the point cloud data, then the reverse modeling of three-dimensional model; the second step, the UAV theory shape and three-dimensional model of statistical distribution, the numerical geometric deviation of the two; and the three-dimensional model of the above CFD calculate, the shape of the obtained manufacturing aerodynamic data; the third step is calculated according to the shape and appearance of CFD manufacturing theory of aerodynamic data, comparison of aerodynamic deviation; if the pneumatic data deviate from the pre Within the scope of the installation of the UAV to meet the requirements of the shape; otherwise, that the UAV manufacturing appearance of the existence of aerodynamic deviation.

【技術實現步驟摘要】
一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法
本專利技術涉及一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法，屬于航空飛行器中計算流體力學應用領域。
技術介紹
氣動外形對于無人機起著至關重要的作用，它提供無人機飛行時所需的升力及飛行姿態的力矩平衡。無人機的氣動外形是根據其任務剖面設計點確定設計的，如果其外形發生變化，特別是機翼、尾翼(或鴨翼)這些升力面的外形變化，輕則會影響無人機性能指標和飛行品質，重則影響飛行安全。然而在飛機制造過程中，外形加工不可避免地會出現誤差和偏差，因此需要對所加工的外形進行檢測驗收，評估制造誤差對無人機氣動特性及飛行性能的影響，以保證無人機滿足性能指標和飛行安全。飛機制造結構驗收常用的方法是測量翼面及機身的關鍵尺寸、相對位置、安裝角度等。此方法的缺點是不能準確地、全面地檢測飛機外形制造的幾何偏差，比如機翼翼型偏差、翼面上的凸凹變形等，也不能定量地評估制造誤差對飛機氣動性能的影響。無人機制造外形存在氣動偏差時，無人機飛行的預設飛控程序可能會出現控制偏差，需要通過飛行數據來反推無人機氣動數據的偏差來對飛控程序進行補償修正，然后再進行飛行驗證。這樣會增加無人機試飛成本，嚴重的氣動偏差甚至可能造成飛行安全。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題是：克服現有技術的不足，本專利技術提供了一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法，實現定量地評估制造誤差對飛機氣動性能的影響。本專利技術的技術解決方案是：一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法，步驟如下：第一步，完成兩個部分的內容：一是根據無人機的理論外形結合風洞試驗數據，根據對無人機理論進行CFD計算得到的氣動數據與風洞試驗數據的吻合度，確定最終適合無人機理論外形的CFD計算方法；二是根據無人機的制造外形獲得其點云數據，進而進行逆向建模得三維模型；第二步，將無人機理論外形與上述三維模型進行偏差統計，得到二者的幾何偏差數值分布；并對上述得到的三維模型利用上述確定的CFD計算方法進行計算，得到制造外形的氣動數據；第三步，根據制造外形和理論外形CFD計算的氣動數據，對比無人機氣動偏差；若氣動數據偏離在預設的范圍內，則該無人機制造外形滿足要求；否則，認定該無人機制造外形存在氣動偏差。進一步的，第三步中當認定該無人機制造外形存在氣動偏差時，將制造外形的CFD計算氣動數據導入飛控仿真機進行飛行仿真。進一步的，若偏差的氣動數據通過飛控程序的補償修正能滿足飛行要求，則認定無人機制造外形可接受；否則，按照第二步中的無人機幾何偏差進行返廠修改。進一步的，采用數字攝影三維測量系統對無人機制造外形進行測量，獲得的點云數據。本專利技術與現有技術相比有益效果為：(1)結合數字攝影三維測量和CFD(計算流體動力學)技術既能直觀地把握無人機全機的幾何偏差，又能定量地評估無人機制造外形氣動偏差。(2)可為存在氣動偏差的無人機制造外形提供指導意見，即飛控補償或返廠修改；既提高效率，又避免因氣動偏差造成的無人機飛行安全的風險。附圖說明圖1為本專利技術流程圖；圖2是無人機制造外形與理論外形偏差；圖3是無人機制造外形與理論外形截面對比；圖4是無人機制造外形與理論外形氣動數據對比。具體實施方式本專利技術以某無人機為例，提供一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法，此方法步驟如圖1所示。(1)將制造出的待測無人機水平地放置在地面上，采用精度小于0.1毫米的數字攝影三維測量儀掃描測量得到無人機的點云數據；在三維建模軟件中，根據點云數據進行逆向建模，獲得無人機制造外形的三維模型；以機頭為參考點，將無人機的逆建模模型與理論模型的坐標系重合，對比兩種模型的重合度，統計逆建模模型與理論模型幾何偏差分布，如圖2所示，由于影響無人機氣動性能主要是翼面(機身的變化只是對阻力會有一定得影響)，在此本文僅就無人機機翼，鴨翼及垂尾進行對比(但不限于此)；并可截取無人機的截面形狀進行對比，如圖3所示。(2)對步驟(1)中的無人機理論外形進行CFD網格劃分，通過CFD計算可以得到六自由度分量氣動力(升力，阻力、側力、俯仰力矩、滾轉力矩、偏航力矩)，跟無人機理論外形的風洞試驗數據進行對比，可以通過調整網格(如網格數量、局部網格加密及附面層網格尺寸等)及計算方法設置(如湍流模型，離散格式及邊界條件等)得到與試驗數據相吻合的氣動數據的CFD計算方法。當然上述兩個步驟可以并行執行，沒有一個嚴格的先后的順序。(3)將無人機逆建模三維模型導入步驟(2)中CFD網格替換無人機理論外形，將網格進行微調適配；導出無人機逆建模模型的劃分網格，采用步驟(2)中所確定的CFD計算方法進行計算，得到無人機制造外形的氣動數據。(4)對比步驟(2)得到的無人機理論外形氣動數據和步驟(3)中無人機制造外形的氣動數據；圖4為無人機一系列攻角的升力系數、俯仰力矩系數、升阻比對比(但不限于此)；若氣動數據偏離在預設的范圍內，則該無人機制造外形滿足要求；否則，認定該無人機制造外形存在氣動偏差。(5)將步驟(4)中存在氣動偏差的CFD計算氣動數據導入飛控仿真機進行飛行仿真，評估無人機起飛距離，爬升率，姿態配平，操穩特性等；若偏差的氣動數據能通過飛控程序的補償修正能滿足飛行要求，則認定無人機制造外形可接受；否則，應依據照步驟(1)中的無人機幾何偏差進行返廠修改；如果無人機升力系數偏小，須重點對比機翼制造偏差(如機翼安裝角，扭轉角，不同截面翼型的偏差)進行修形；若無人機縱向配平攻角及舵效存在偏差，須重點對比平尾(或鴨翼)安裝角及距重心力臂的偏差進行修形。本專利技術未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法，其特征在于步驟如下：第一步，完成兩個部分的內容：一是根據無人機的理論外形結合風洞試驗數據，根據對無人機理論進行CFD計算得到的氣動數據與風洞試驗數據的吻合度，確定最終適合無人機理論外形的CFD計算方法；二是根據無人機的制造外形獲得其點云數據，進而進行逆向建模得三維模型；第二步，將無人機理論外形與上述三維模型進行偏差統計，得到二者的幾何偏差數值分布；并對上述得到的三維模型利用上述確定的CFD計算方法進行計算，得到制造外形的氣動數據；第三步，根據制造外形和理論外形CFD計算的氣動數據，對比無人機氣動偏差；若氣動數據偏離在預設的范圍內，則該無人機制造外形滿足要求；否則，認定該無人機制造外形存在氣動偏差。

【技術特征摘要】
1.一種評估無人機制造外形氣動偏差的方法，其特征在于步驟如下：第一步，完成兩個部分的內容：一是根據無人機的理論外形結合風洞試驗數據，根據對無人機理論進行CFD計算得到的氣動數據與風洞試驗數據的吻合度，確定最終適合無人機理論外形的CFD計算方法；二是根據無人機的制造外形獲得其點云數據，進而進行逆向建模得三維模型；第二步，將無人機理論外形與上述三維模型進行偏差統計，得到二者的幾何偏差數值分布；并對上述得到的三維模型利用上述確定的CFD計算方法進行計算，得到制造外形的氣動數據；第三步，根據制造外形和理論外形CFD計算的氣動數據，對比無人...

【專利技術屬性】
技術研發人員：包曉翔，孫凱軍，付義偉，劉凱，
申請(專利權)人：中國航天空氣動力技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11