基于CFD/CSD的机动过程中飞行器气动弹性数值模拟研究

发布时间：2023-04-22 13:20

　　现代飞行器的机动飞行过程主要由设定的飞行控制系统处理,由于飞行器存在着结构弹性振动,飞控系统驱动舵面偏转时,舵面除了自身偏转的低频信号,还反馈了弹性振动引起的高频信号,这个附加高频非定常舵面激励带来了结构的进一步弹性振动。这种气动/结构/控制等几者相互耦合使得飞行器设计遭遇新的气动弹性问题,在飞行器设计过程中,如果忽略控制系统,去单独研究飞行器的气动弹性是远远不够的,还必须考虑弹性飞行器与控制系统相互作用下的气动弹性问题。为此,本文针对飞行器机动状态下气动弹性响应问题,开展了CFD/CSD方法同控制系统相耦合的研究,发展了基于CFD/CSD的机动过程中飞行器气动弹性数值模拟方法。本文首先介绍了数值计算方法,包括流动控制方程及其空间离散、时间离散、边界条件以及湍流模型;然后介绍了气动弹性数值模拟方法,采用线性模态叠加方法求解结构动力学方程,飞行器的变形采用Delaunay图映射动网格方法,气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法、常体积转换法等进行处理,CFD/CSD耦合策略中采用改进松耦合方法;之后发展了机动飞行中飞行器气动弹性响应问题的数值模拟方法,在动态网格上耦合求解流动控...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究技术现状分析
        1.2.1 CFD技术研究概况
        1.2.2 基于CFD/CSD耦合的气动弹性数值模拟研究概况
    1.3 本文主要工作
第二章 流场数值计算方法
    2.1 引言
    2.2 流动控制方程
    2.3 空间离散
        2.3.1 基于非结构网格的有限体积方法
        2.3.2 HLLC格式
        2.3.3 粘性通量项的计算方法
    2.4 时间离散
        2.4.1 LU-SGS方法
        2.4.2 双时间步长方法
    2.5 边界条件
        2.5.1 物面边界条件
        2.5.2 远场边界条件
        2.5.3 对称边界条件
    2.6 湍流模型
    2.7 数值算例验证
        2.7.1 ONERA M6机翼跨声速绕流数值模拟
        2.7.2 DLR-F6翼身组合体跨声速绕流数值模拟
        2.7.3 NACA0012翼型俯仰振荡
    2.8 本章小结
第三章 基于模态方程的气动弹性数值方法
    3.1 引言
    3.2 模态方程及其求解
        3.2.1 模态方程
        3.2.2 NewMark方法
    3.3 动网格方法
        3.3.1 Delaunay图映射弹簧原理混合动网格方法
        3.3.2 基于非结构网格的动态重叠网格方法
    3.4 插值方法
        3.4.1 TPS方法
        3.4.2 IPS方法
        3.4.3 CVT方法
    3.5 CFD/CSD耦合策略
    3.6 算例验证
    3.7 本章小结
第四章 基于CFD/CSD耦合的机动状态下飞行器气动弹性数值模拟
    4.1 引言
    4.2 刚体六自由度方程及其求解方法
    4.3 基于CFD/CSD耦合的飞行器机动状态下气动弹性数值模拟算法
    4.4 算例分析
        4.4.1 AGARD 445.6 非定常俯仰震荡
        4.4.2 AIM-9l响尾蛇导弹在弹性舵偏下机动过程数值模拟研究
        4.4.3 AIM-9l响尾蛇导弹快速拉起机动过程中气动弹性特性数值模拟研究
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 今后工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3797717