太阳能无人机机翼几何非线性气动弹性分析

发布时间：2021-06-05 08:13

　　以大展弦比机翼为研究对象,结合几何非线性结构有限元建模方法与非线性气动力计算技术,提出了一种利用插值技术求解几何非线性气动弹性问题的方法。并以某太阳能无人机机翼缩比模型为例进行计算分析以及试验研究。研究结果表明:提出的方法得到非线性颤振解与常规方法得到的计算结果基本一致,但应用此方法后,不仅计算效率成倍提高,而且能规避常规方法中由于计算工况设定不合理可能导致的严重计算偏差。 

【文章来源】：空军工程大学学报(自然科学版). 2019,20(02)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图１几种高空长航时无人飞行器本文以某太阳能无人机机翼缩比模型为研究对

飞机构型（见图２），这需要利用“准模态”的动力学线性化方法，即认为结构是在大的静变形平衡位置附近作微幅振动，因而可以沿用线性系统振动理论中的固有频率和模态的概念。这样，方程在形式上仍与传统线性方程具有相同形式，不过方程中各项均需要通过非线性求解得到。具体来说，即其结构应变与位移的非线性关系，以及受力平衡的非线性关系可以通过考虑结构非线性应力分析得到的节点位移变化体现，而其基于新的静变形平衡位置的模态分析可以认为是线性的。图２几何非线性结构有限元建模１．２非线性气动力计算由于结构平衡方程的建立基于变形后的飞机构型，气动力的计算也必须基于变形后的曲面气动构型（见图３）。这样，传统基于小变形线性假设的平面气动力计算方法就不再适用，需要考虑变形带来的攻角和有效升力面积的变化。依据几何非线性颤振分析需求，非线性气动力计算方法分为定常和非定常２个部分。其中定常气动力计算采用曲面涡格法［１２］，用于静气弹分析。非定常气动力计算采用修正后的偶极子格网法［１３］，用于颤振分析。图３几何非线性结构气动力计算２空军工程大学学报（自然科学版）２０１９年

１．２非线性气动力计算由于结构平衡方程的建立基于变形后的飞机构型，气动力的计算也必须基于变形后的曲面气动构型（见图３）。这样，传统基于小变形线性假设的平面气动力计算方法就不再适用，需要考虑变形带来的攻角和有效升力面积的变化。依据几何非线性颤振分析需求，非线性气动力计算方法分为定常和非定常２个部分。其中定常气动力计算采用曲面涡格法［１２］，用于静气弹分析。非定常气动力计算采用修正后的偶极子格网法［１３］，用于颤振分析。图３几何非线性结构气动力计算２空军工程大学学报（自然科学版）２０１９年

【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑几何非线性效应的大展弦比机翼气动弹性分析[J]. 杨智春,张惠,谷迎松,宋淼.  振动与冲击. 2014(16)
[2]大展弦比飞机几何非线性气动弹性稳定性的线性化方法[J]. 谢长川,杨超.  中国科学:技术科学. 2011(03)
[3]一种几何大变形下的非线性气动弹性求解方法[J]. 安效民,徐敏.  力学学报. 2011(01)
[4]对称翼型低雷诺数小攻角升力系数非线性现象研究[J]. 白鹏,崔尔杰,李锋,周伟江.  力学学报. 2006(01)
[5]大展弦比柔性机翼的气动弹性分析[J]. 谢长川,吴志刚,杨超.  北京航空航天大学学报. 2003(12)



本文编号：3211788