基于共旋有限元格式的非线性连接翼气动弹性响应分析
发布时间：2021-10-10 09:12
基于Generalized-α算法,推导得出了基于co-rotational（共旋）有限元格式的三角形平板壳结构非线性动力学近似能量守恒算法,该算法在每个时间步长内使用动力学平衡方程预估-校正迭代方法来保证算法的稳定性。结合计算流体力学方法（CFD）和松耦合求解策略发展了薄壳结构非线性气动弹性求解方法。采用本文所述方法,针对Prandtl平板连接翼结构,对其在两种不同飞行条件下的瞬态响应进行了仿真。当攻角为正且动压较大时,连接翼的响应出现了三个振动平衡位置,并且达到静气动弹性平衡时其变形为弦向低头展向向下弯曲;当攻角为正且动压较小时,连接翼的振动响应只出现了一个平衡位置,且其静气动弹性变形构型为弦向低头展向向上弯曲。仿真结果表明,连接翼结构的气动弹性响应较一般单翼更为复杂,因此,在结构设计过程中需要采用高保真度的分析手段对连接翼结构的气动弹性特性进行分析。
【文章来源】：空天防御. 2019,2(02)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１松耦合策略流程Ｆｉｇ．１Ｌｏｏｓｅｃｏｕｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ
空天防御第２卷示所有气动空间体网格点的位移增量；ｄｘａｖａｌｌ，ｄｙａｖａｌｌ，ｄｚａｖａｌｌ表示所有气动物面网格点的位移增量。采用径向基函数方法进行插值计算，由于是整体插值方法，很容易引起对称面上的网格变形，比如，受到结构插值点的影响，根部固支机翼的根部会产生变形。对于这种情况一般有两种解决方法：一种是在上一步物面变形的基础上再进行一次径向基函数插值，此时的插值点除了变形物面上所有的点之外，还应该增加对称面上的控制点，且这些点的位移设置为０；另一种方法是使用衰减函数对径向基函数插值得到的网格进行对称面法向变形量修正，一般对称面的位置取ｙ＝０处，则其修正公式为ｄｙ＝ｄｙＲＢＦ（１－ｅ－σｙ）（４２）式中：ｙ为气动网格节点到对称面的距离；σ为用户指定参数，本文计算时取σ＝１００。４数值仿真采用前文所述方法，针对一个Ｐａｎｄｔｌ平板连接翼结构进行气动弹性响应计算。图２给出了连接翼的几何参数，其中结构材料为铝合金，其弹性模量Ｅ＝７．０×１０９ＧＰａ，ρ＝２８００ｋｇ／ｍ３，泊松比ν＝０．３３，厚度ｈ＝３．０ｍｍ。连接翼下翼为后掠翼，上翼为前掠翼，上、下翼无安装角。翼根部采用固支边界条件，Ｐ１和Ｐ２为位移监测点，计算状态为来流马赫数Ｍａ＝０．３，攻角Ａ＝５°，海平面高度分别取ｈ１＝５ｋｍ和ｈ２＝１０ｋｍ两种（工况１为ｈ１＝５ｋｍ，工况２为ｈ２＝１０ｋｍ）。图２Ｐｒａｎｄｔｌ平板连接翼结构Ｆｉｇ．２Ｐｒａｎｄｔｌｐｌａｎｅｊｏｉｎｅｄ－ｗｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉ
空天防御第２卷示所有气动空间体网格点的位移增量；ｄｘａｖａｌｌ，ｄｙａｖａｌｌ，ｄｚａｖａｌｌ表示所有气动物面网格点的位移增量。采用径向基函数方法进行插值计算，由于是整体插值方法，很容易引起对称面上的网格变形，比如，受到结构插值点的影响，根部固支机翼的根部会产生变形。对于这种情况一般有两种解决方法：一种是在上一步物面变形的基础上再进行一次径向基函数插值，此时的插值点除了变形物面上所有的点之外，还应该增加对称面上的控制点，且这些点的位移设置为０；另一种方法是使用衰减函数对径向基函数插值得到的网格进行对称面法向变形量修正，一般对称面的位置取ｙ＝０处，则其修正公式为ｄｙ＝ｄｙＲＢＦ（１－ｅ－σｙ）（４２）式中：ｙ为气动网格节点到对称面的距离；σ为用户指定参数，本文计算时取σ＝１００。４数值仿真采用前文所述方法，针对一个Ｐａｎｄｔｌ平板连接翼结构进行气动弹性响应计算。图２给出了连接翼的几何参数，其中结构材料为铝合金，其弹性模量Ｅ＝７．０×１０９ＧＰａ，ρ＝２８００ｋｇ／ｍ３，泊松比ν＝０．３３，厚度ｈ＝３．０ｍｍ。连接翼下翼为后掠翼，上翼为前掠翼，上、下翼无安装角。翼根部采用固支边界条件，Ｐ１和Ｐ２为位移监测点，计算状态为来流马赫数Ｍａ＝０．３，攻角Ａ＝５°，海平面高度分别取ｈ１＝５ｋｍ和ｈ２＝１０ｋｍ两种（工况１为ｈ１＝５ｋｍ，工况２为ｈ２＝１０ｋｍ）。图２Ｐｒａｎｄｔｌ平板连接翼结构Ｆｉｇ．２Ｐｒａｎｄｔｌｐｌａｎｅｊｏｉｎｅｄ－ｗｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]连接翼布局的非线性屈曲分析[J]. 窦怡彬,张晓宏. 上海航天. 2017(05)
[2]大展弦比联接翼静气动弹性研究[J]. 张书俊,王运涛,孟德虹. 空气动力学学报. 2013(02)
[3]钻石背弹翼抗风动力可靠性及其灵敏度分析[J]. 黄益民,葛森,吴炜,何洁. 机械科学与技术. 2013(03)
[4]薄壳结构非线性动力学响应的共旋有限元能量守恒与衰减算法[J]. 杨劲松,夏品奇. 中国科学:技术科学. 2013(01)
[5]巡飞弹钻石背折叠翼结构优化设计[J]. 许兆庆,吴军基,薛晓中,李培林. 机械设计与研究. 2011(01)
[6]钻石背弹翼的静气动弹性研究[J]. 吴小胜,雷娟棉,胡俊. 北京理工大学学报. 2010(12)
[7]连翼布局飞行器飞行载荷与颤振分析[J]. 张波成,万志强,杨超. 工程力学. 2010(08)
[8]复合材料连翼的气动弹性剪裁研究[J]. 李少华,杨智春,谷迎松,赵德玉. 西北工业大学学报. 2008(03)
[9]连接翼布局纵向控制特性[J]. 刘杰,张曙光. 航空学报. 2008(S1)
[10]钻石背弹翼气动特性风洞实验研究[J]. 雷娟棉,吴甲生. 兵工学报. 2007(07)
本文编号：3428085
【文章来源】：空天防御. 2019,2(02)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１松耦合策略流程Ｆｉｇ．１Ｌｏｏｓｅｃｏｕｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ
空天防御第２卷示所有气动空间体网格点的位移增量；ｄｘａｖａｌｌ，ｄｙａｖａｌｌ，ｄｚａｖａｌｌ表示所有气动物面网格点的位移增量。采用径向基函数方法进行插值计算，由于是整体插值方法，很容易引起对称面上的网格变形，比如，受到结构插值点的影响，根部固支机翼的根部会产生变形。对于这种情况一般有两种解决方法：一种是在上一步物面变形的基础上再进行一次径向基函数插值，此时的插值点除了变形物面上所有的点之外，还应该增加对称面上的控制点，且这些点的位移设置为０；另一种方法是使用衰减函数对径向基函数插值得到的网格进行对称面法向变形量修正，一般对称面的位置取ｙ＝０处，则其修正公式为ｄｙ＝ｄｙＲＢＦ（１－ｅ－σｙ）（４２）式中：ｙ为气动网格节点到对称面的距离；σ为用户指定参数，本文计算时取σ＝１００。４数值仿真采用前文所述方法，针对一个Ｐａｎｄｔｌ平板连接翼结构进行气动弹性响应计算。图２给出了连接翼的几何参数，其中结构材料为铝合金，其弹性模量Ｅ＝７．０×１０９ＧＰａ，ρ＝２８００ｋｇ／ｍ３，泊松比ν＝０．３３，厚度ｈ＝３．０ｍｍ。连接翼下翼为后掠翼，上翼为前掠翼，上、下翼无安装角。翼根部采用固支边界条件，Ｐ１和Ｐ２为位移监测点，计算状态为来流马赫数Ｍａ＝０．３，攻角Ａ＝５°，海平面高度分别取ｈ１＝５ｋｍ和ｈ２＝１０ｋｍ两种（工况１为ｈ１＝５ｋｍ，工况２为ｈ２＝１０ｋｍ）。图２Ｐｒａｎｄｔｌ平板连接翼结构Ｆｉｇ．２Ｐｒａｎｄｔｌｐｌａｎｅｊｏｉｎｅｄ－ｗｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉ
空天防御第２卷示所有气动空间体网格点的位移增量；ｄｘａｖａｌｌ，ｄｙａｖａｌｌ，ｄｚａｖａｌｌ表示所有气动物面网格点的位移增量。采用径向基函数方法进行插值计算，由于是整体插值方法，很容易引起对称面上的网格变形，比如，受到结构插值点的影响，根部固支机翼的根部会产生变形。对于这种情况一般有两种解决方法：一种是在上一步物面变形的基础上再进行一次径向基函数插值，此时的插值点除了变形物面上所有的点之外，还应该增加对称面上的控制点，且这些点的位移设置为０；另一种方法是使用衰减函数对径向基函数插值得到的网格进行对称面法向变形量修正，一般对称面的位置取ｙ＝０处，则其修正公式为ｄｙ＝ｄｙＲＢＦ（１－ｅ－σｙ）（４２）式中：ｙ为气动网格节点到对称面的距离；σ为用户指定参数，本文计算时取σ＝１００。４数值仿真采用前文所述方法，针对一个Ｐａｎｄｔｌ平板连接翼结构进行气动弹性响应计算。图２给出了连接翼的几何参数，其中结构材料为铝合金，其弹性模量Ｅ＝７．０×１０９ＧＰａ，ρ＝２８００ｋｇ／ｍ３，泊松比ν＝０．３３，厚度ｈ＝３．０ｍｍ。连接翼下翼为后掠翼，上翼为前掠翼，上、下翼无安装角。翼根部采用固支边界条件，Ｐ１和Ｐ２为位移监测点，计算状态为来流马赫数Ｍａ＝０．３，攻角Ａ＝５°，海平面高度分别取ｈ１＝５ｋｍ和ｈ２＝１０ｋｍ两种（工况１为ｈ１＝５ｋｍ，工况２为ｈ２＝１０ｋｍ）。图２Ｐｒａｎｄｔｌ平板连接翼结构Ｆｉｇ．２Ｐｒａｎｄｔｌｐｌａｎｅｊｏｉｎｅｄ－ｗｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]连接翼布局的非线性屈曲分析[J]. 窦怡彬,张晓宏. 上海航天. 2017(05)
[2]大展弦比联接翼静气动弹性研究[J]. 张书俊,王运涛,孟德虹. 空气动力学学报. 2013(02)
[3]钻石背弹翼抗风动力可靠性及其灵敏度分析[J]. 黄益民,葛森,吴炜,何洁. 机械科学与技术. 2013(03)
[4]薄壳结构非线性动力学响应的共旋有限元能量守恒与衰减算法[J]. 杨劲松,夏品奇. 中国科学:技术科学. 2013(01)
[5]巡飞弹钻石背折叠翼结构优化设计[J]. 许兆庆,吴军基,薛晓中,李培林. 机械设计与研究. 2011(01)
[6]钻石背弹翼的静气动弹性研究[J]. 吴小胜,雷娟棉,胡俊. 北京理工大学学报. 2010(12)
[7]连翼布局飞行器飞行载荷与颤振分析[J]. 张波成,万志强,杨超. 工程力学. 2010(08)
[8]复合材料连翼的气动弹性剪裁研究[J]. 李少华,杨智春,谷迎松,赵德玉. 西北工业大学学报. 2008(03)
[9]连接翼布局纵向控制特性[J]. 刘杰,张曙光. 航空学报. 2008(S1)
[10]钻石背弹翼气动特性风洞实验研究[J]. 雷娟棉,吴甲生. 兵工学报. 2007(07)
本文编号：3428085
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