跨声速复杂气动弹性问题的诱发机理及控制研究
发布时间：2023-03-13 18:47
现代飞行器特别是军用飞行器的设计普遍追求高速、高机动和轻量化的要求,遭遇跨声速不稳定分离流的情形越来越多,各种形式的跨声速气动弹性问题日益凸显,并往往成为这类飞行器设计和使用过程中的瓶颈。虽然学术界和工程界已经针对跨声速气动弹性问题开展了诸多研究,但是若干气动弹性现象的诱发机理目前依然没有得到合理的解释,这直接导致了相关问题在型号设计和使用中频繁暴露,严重影响其设计进程和使用寿命。本文从跨声速复杂流动的精细模拟和建模出发,基于CFD/CSD时域仿真和降阶模型方法,建立了适用于气动弹性稳定性问题和响应问题的统一分析方法,并针对跨声速复杂气动弹性问题的诱发机理及其控制进行研究。论文主要研究内容如下:(1)开展了典型跨声速非定常流动的数值模拟,并基于仿真数据和DMD方法开展了抖振流动的失稳特性分析。二维抖振表现为单失稳模式-窄频特性,流动不稳定和非定常特性由激波的弦向振荡主导。三维抖振表现为多失稳模式下的宽频特性,其中的低频响应由激波的弦向和展向运动主导,展向失稳与展长和后掠角等因素引起的三维效应有关;高频响应由翼梢的K-H型失稳引起,但是URANS方法对这种失稳流动模拟能力有限。(2)基于...
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 跨声速复杂流动
§1.2 跨声速气动弹性研究现状
§1.2.1 稳定性问题
§1.2.2 响应问题
§1.2.3 目前研究的局限性
§1.3 跨声速气动弹性控制研究进展
§1.4 本文的研究目的和主要工作
第二章 跨声速复杂流动的数值模拟
§2.1 数值仿真综述
§2.2 基于非结构网格技术的流动仿真
§2.2.1 流动控制方程及时空离散
§2.2.2 湍流模型
§2.3 跨声速翼型抖振算例验证
§2.3.1 参数敏感性研究
§2.3.2 抖振载荷预测
§2.3.3 抖振边界预测
§2.4 三维跨声速抖振算例验证
§2.4.1 CRM模型介绍
§2.4.2 定常算例验证
§2.4.3 抖振特性分析
§2.5 本章小结
第三章 流动稳定性分析及建模
§3.1 综述
§3.2 基于DMD技术的流动稳定性分析
§3.2.1 DMD分析方法
§3.2.2 流动的稳定性分析
§3.3 基于ARX模型的不稳定流动建模
§3.3.1 ARX模型及建模过程
§3.3.2 不稳定定常解
§3.3.3 模型辨识
§3.3.4 不稳定系统的截断
§3.4 基于ERA技术的非定常流动建模
§3.4.1 ERA建模方法简介
§3.4.2 模型建立
§3.5 本章小结
第四章 跨声速气动弹性分析方法及验证
§4.1 引言
§4.2 CFD/CSD时域耦合求解方法
§4.3 基于ROM的颤/抖振统一分析模型
§4.4 算例验证
§4.4.1 BACT模型
§4.4.2 AGARD Wing 445.6
§4.4.3 NSAP机翼
§4.5 本章小结
第五章 若干复杂跨声速气动弹性问题机理研究
§5.1 引言
§5.2 跨声速嗡鸣机理研究
§5.2.1 A/B型嗡鸣机理分析
§5.2.2 C型嗡鸣机理分析
§5.2.3 A/B型和C型嗡鸣的比较和讨论
§5.2.4 结论
§5.3 弹性特征对跨声速抖振始发边界影响
§5.3.1 结构参数影响研究
§5.3.2 抖振边界降低
§5.3.3 结论
§5.4 跨声速抖振锁频及诱发机理
§5.4.1 锁频特性分析
§5.4.2 锁频诱发机理研究
§5.4.3 质量比的影响
§5.4.4 结论
§5.5 本章小结
第六章 跨声速抖振的主动和被动抑制
§6.1 抖振控制研究综述
§6.2 研究模型及研究方案
§6.3 基于CFD仿真的主动控制
§6.3.1 开环控制
§6.3.2 闭环控制
§6.3.3 结论
§6.4 基于ROM的闭环控制律设计
§6.4.1 极点配置
§6.4.2 LQR控制
§6.4.3 控制律鲁棒性检验
§6.4.4 最优控制律的讨论
§6.4.5 结论
§6.5 被动反馈控制
§6.5.1 控制模型
§6.5.2 控制机理分析
§6.5.3 参数影响研究
§6.5.4 结论
§6.6 本章小结
第七章 工作总结与展望
§7.1 全文研究工作总结
§7.2 论文主要创新点
§7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
博士期间发表论文及获得奖励
本文编号：3762182
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 跨声速复杂流动
§1.2 跨声速气动弹性研究现状
§1.2.1 稳定性问题
§1.2.2 响应问题
§1.2.3 目前研究的局限性
§1.3 跨声速气动弹性控制研究进展
§1.4 本文的研究目的和主要工作
第二章 跨声速复杂流动的数值模拟
§2.1 数值仿真综述
§2.2 基于非结构网格技术的流动仿真
§2.2.1 流动控制方程及时空离散
§2.2.2 湍流模型
§2.3 跨声速翼型抖振算例验证
§2.3.1 参数敏感性研究
§2.3.2 抖振载荷预测
§2.3.3 抖振边界预测
§2.4 三维跨声速抖振算例验证
§2.4.1 CRM模型介绍
§2.4.2 定常算例验证
§2.4.3 抖振特性分析
§2.5 本章小结
第三章 流动稳定性分析及建模
§3.1 综述
§3.2 基于DMD技术的流动稳定性分析
§3.2.1 DMD分析方法
§3.2.2 流动的稳定性分析
§3.3 基于ARX模型的不稳定流动建模
§3.3.1 ARX模型及建模过程
§3.3.2 不稳定定常解
§3.3.3 模型辨识
§3.3.4 不稳定系统的截断
§3.4 基于ERA技术的非定常流动建模
§3.4.1 ERA建模方法简介
§3.4.2 模型建立
§3.5 本章小结
第四章 跨声速气动弹性分析方法及验证
§4.1 引言
§4.2 CFD/CSD时域耦合求解方法
§4.3 基于ROM的颤/抖振统一分析模型
§4.4 算例验证
§4.4.1 BACT模型
§4.4.2 AGARD Wing 445.6
§4.4.3 NSAP机翼
§4.5 本章小结
第五章 若干复杂跨声速气动弹性问题机理研究
§5.1 引言
§5.2 跨声速嗡鸣机理研究
§5.2.1 A/B型嗡鸣机理分析
§5.2.2 C型嗡鸣机理分析
§5.2.3 A/B型和C型嗡鸣的比较和讨论
§5.2.4 结论
§5.3 弹性特征对跨声速抖振始发边界影响
§5.3.1 结构参数影响研究
§5.3.2 抖振边界降低
§5.3.3 结论
§5.4 跨声速抖振锁频及诱发机理
§5.4.1 锁频特性分析
§5.4.2 锁频诱发机理研究
§5.4.3 质量比的影响
§5.4.4 结论
§5.5 本章小结
第六章 跨声速抖振的主动和被动抑制
§6.1 抖振控制研究综述
§6.2 研究模型及研究方案
§6.3 基于CFD仿真的主动控制
§6.3.1 开环控制
§6.3.2 闭环控制
§6.3.3 结论
§6.4 基于ROM的闭环控制律设计
§6.4.1 极点配置
§6.4.2 LQR控制
§6.4.3 控制律鲁棒性检验
§6.4.4 最优控制律的讨论
§6.4.5 结论
§6.5 被动反馈控制
§6.5.1 控制模型
§6.5.2 控制机理分析
§6.5.3 参数影响研究
§6.5.4 结论
§6.6 本章小结
第七章 工作总结与展望
§7.1 全文研究工作总结
§7.2 论文主要创新点
§7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
博士期间发表论文及获得奖励
本文编号：3762182
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3762182.html
