基于CFD方法的飛行器顫振數(shù)值分析研究.pdf

1、目前，計算流體力學技術已能夠準確地模擬復雜的真實流動，并作為一種強大有效的數(shù)值工具在船舶海洋、航空航天等工程技術領域發(fā)揮著重要作用。氣動彈性力學，作為研究氣動力與彈性結構變形之間相互作用規(guī)律的交叉學科，也越來越多地借助計算流體力學工具進行各種氣動/結構耦合問題的數(shù)值模擬。在相關領域，飛機和葉輪機械等產(chǎn)品的設計研發(fā)對性能和安全性的要求正不斷提高，但囿于設備條件和周期成本的限制，許多復雜的流動機理和氣彈現(xiàn)象難以展開實驗研究。基于這一背景，本

2、文針對各種情況下的定常、非定常氣體繞流和氣動/結構耦合問題展開深入的計算研究，開發(fā)了基于計算流體力學方法的流場分析和顫振分析程序，并發(fā)展了一些高效可靠的算法，主要的工作內(nèi)容如下：
　　 研究了多塊結構化網(wǎng)格下雷諾時均N-S方程和湍流輸運方程的數(shù)值離散方法和代碼實現(xiàn)技術，并編制了計算流體力學程序?？臻g離散實現(xiàn)了Jameson中心格式、Van Leer格式、Roe格式和兩種AUSM型格式；時間離散實現(xiàn)了雙時間方法加LU-SGS隱式時

3、間推進格式，并采用多重網(wǎng)格算法加速收斂：湍流模型方面實現(xiàn)了B-L模型、Spalart-Allmaras模型、兩種k-ε模型和Menter's k-εSST模型。該程序具有良好的求解速度和魯棒性。
　　 使用一些經(jīng)典算例對開發(fā)的流場分析程序進行數(shù)值測試，完成了二維翼型、三維機翼和翼身組合體的流場計算，計算結果與實驗和文獻值對比相當接近，驗證了該軟件數(shù)值模擬定常流動的可靠性。進行了三維平板振蕩葉柵和二維振動翼型的非定常繞流計算，分別

4、得到了葉表的非定常壓差系數(shù)分布和翼型的升力系數(shù)環(huán)、力矩系數(shù)環(huán)，結果與文獻值相比符合很好，驗證了該軟件對非定常流動進行數(shù)值模擬的可靠性。
　　 研究了適用于多塊結構化網(wǎng)格的動網(wǎng)格技術，提出一種徑向基函數(shù)和超限插值結合的可進行對稱面修正的網(wǎng)格變形方法。首先通過RAE2822翼型大幅度扭轉運動，比較了徑向基函數(shù)和超限插值兩種網(wǎng)格變形方法的優(yōu)劣。使用徑向基函數(shù)和超限插值結合的方法，對某大展弦比機翼彎曲和扭轉模態(tài)變形以及某飛機模態(tài)變形下的

5、氣動網(wǎng)格進行變形，獲得了優(yōu)質(zhì)的變形網(wǎng)格。
　　 針對顫振問題的時域分析，研究了氣動/結構方程的耦合求解算法。運用結構直接積分法并引入流場插值技術，發(fā)展了改進的Newmark算法；運用高精度線性多步法，發(fā)展了米爾尼預估一漢明校正算法及雜交的米爾尼預估一漢明校正算法；將結構方程求解的漢明線性多步法和直接積分法引入子迭代過程，發(fā)展了兩種全隱式的緊耦合算法?；诹鲌霾逯导夹g的米爾尼預估一漢明校正算法和改進的Newmark算法在實現(xiàn)高時間

6、精度的同時具有較好的計算效率。應用這些耦合算法計算了Isogai wing的S型顫振邊界和NACA64A010翼段模型的極限環(huán)振蕩特性曲線，各算法所得結果極其接近，且與文獻值符合很好。
　　 綜合計算流體力學方法、氣動/結構方程耦合算法、界面數(shù)據(jù)插值和動網(wǎng)格技術，針對運動變形結構研究了基于模態(tài)疊加的顫振計算，并設計了顫振問題的計算流程。應用雜交的預估一校正算法計算了AGARD445.6 wing和某飛機的線性顫振問題。計算得到A