uCRM-9 全机 SHARPy 降阶模型¶
为什么选 uCRM-9¶
uCRM-9 是 NASA Common Research Model 体系中的一个公开研究构型，具有典型后掠客机主翼。公开资料同时给出了主翼外形、翼型、弹性轴和等效刚度，适合建立可追溯的 SHARPy 低保真模型，而不必先依赖完整 CAD 或专有有限元模型。
这里的目标不是复刻三维外形，而是建立一套可用于气动弹性分析的完整飞机骨架：
- 柔性主翼梁；
- 近刚性机身梁；
- 近刚性平尾和垂尾梁；
- 主翼、平尾和垂尾 UVLM 面；
- 发动机集中质量及推力节点；
- 升降舵和方向舵接口。
可以先打开全机模型生成与可视化 Notebook，直接查看结构梁、发动机节点、5 个 UVLM 面和控制面在同一个三维坐标系中的连接关系。
模型组成¶
| 部件 | 结构模型 | 气动模型 | 当前处理 |
|---|---|---|---|
| 左、右主翼 | 柔性二次梁单元 | 两个 UVLM 面 | 采用公开 uCRM-9 几何、弹性轴和等效刚度 |
| 机身 | 有限高刚度梁 | 无 | 承担全机连接和主体质量分布 |
| 左、右平尾 | 近刚性梁 | 两个 UVLM 面 | 含升降舵 |
| 垂尾 | 近刚性梁 | 一个 UVLM 面 | 含方向舵 |
| 发动机 | 集中质量 | 无 | 两个质量点兼作推力节点 |
生成后的基线模型有 119 个结构节点、59 个二次梁单元和 5 个气动面。主翼左右两侧分别保留独立的 surface_id，平尾和垂尾也各自独立，方便后续设置控制面和提取载荷。
生成与检查¶
从仓库根目录运行：
conda run -n sharpy python models/ucrm9/ucrm9_case.py generate
conda run -n sharpy python models/ucrm9/ucrm9_case.py validate
文件默认写到 _sharpy_runs/ucrm9_full_aircraft/baseline/。先做最小加载检查，再逐步进入模态、纯气动和静气动弹性：
conda run -n sharpy python models/ucrm9/ucrm9_case.py smoke --flow loaders
conda run -n sharpy python models/ucrm9/ucrm9_case.py smoke --flow modal
conda run -n sharpy python models/ucrm9/ucrm9_case.py smoke --flow aero
conda run -n sharpy python models/ucrm9/ucrm9_case.py smoke --flow static
核心生成器和完整假设清单见 models/ucrm9/README.md。
数据来源与近似¶
主翼几何和结构属性取自 Taylor 与 Hunsaker 的低保真 uCRM-9 数据。代码直接插值其表格数据，没有把公开离散刚度重新拟合为另一套曲线。翼型使用公开数据集的 21 个剖面，并转换为 SHARPy 使用的弯度线。
目前仍有几个有意保留的低保真假设：
- 公开质量信息不足以重建完整 FEM 质量矩阵，因此主翼结构质量按弦长平方沿展向分配，再归一化到公开总质量。
- 机身和平、垂尾暂作为高刚度部件；后续有可靠数据时，可以替换它们的刚度和质量数据库，而不改变全机拓扑。
- 机身、短舱和吊挂没有非升力体气动力。
- 默认速度、迎角和推力只用于数值冒烟测试，不代表经过验证的巡航或配平工况。
参考资料：
- Taylor and Hunsaker, Characterization of the Common Research Model Wing for Low-Fidelity Aerostructural Analysis, AIAA 2021-1591.
- uCRM-9 data archive.
- uCRM-9 Wing Airfoil Profiles, CC BY 4.0.