基于N-S方程的飞机静气动弹性计算方法研究

论文摘要

本文分别基于传统的马蹄涡格网法以及N-S方程数值模拟弹性机翼的气动力,然后采用柔度法发展出了气动力作用下机翼静气动弹性特性的计算方法。涡格法是升力面理论中一种比较实用的数值计算方法。它所采用的计算模型是:不仅沿展向分布离散的马蹄涡,在弦向也分布离散的马蹄涡,整个机翼用有限多个离散马蹄涡系来代替。控制点的诱导速度为附着涡和左右自由涡对控制点诱导速度之和。在网格生成方面,采用代数方法及椭圆型方程优化相结合生成三维机翼的贴体网格,一种快捷的弹性变形技术用于生成弹性变形后的网格。非定常渐近解法求解定常问题。基于Roe格式的有限体积法空间离散N-S方程、五步Runge-Kutta法进行显式时间推进。采用雷诺平均N-S方程模拟紊流,紊流模型选用SA一方程模型。应用了当地时间步长、焓阻尼、隐式残值光顺等加速收敛措施。分别基于马蹄涡格网法和N-S方程,采用柔度法对机翼模型进行了考虑弹性影响的静气动弹性特性计算。不可压时两种方法计算得到的静气动弹性特性吻合较好,数值计算结果具有一定的实际参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 计算流体力学的发展、现状和前景
• 1.3 飞行器气动弹性研究的现状和前景
• 1.4 本文的工作
• 第二章 马蹄涡格网法
• 2.1 引言
• 2.2 涡格模型的建立
• 2.2.1 网格划分
• 2.2.2 马蹄涡的布置
• 2.3 控制点上诱导速度的计算
• 2.3.1 附着涡的诱导速度
• 2.3.2 自由涡的诱导速度
• 2.3.3 总诱导速度
• 2.4 附着涡所受升力计算
• 2.5 算例与分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于结构网格的N-S 方程计算
• 3.1 结构网格的生成
• 3.2 定常流动N-S 方程计算
• 3.2.1 控制方程
• 3.2.2 有限体积法空间离散
• 3.2.3 五步Runge-Kutta 显式时间推进
• 3.2.4 边界条件
• 3.2.5 加速收敛措施
• 3.2.6 Spalart-Allmaras（SA）一方程紊流模型
• 3.2.7 定常流动N-S 方程算例
• 3.3 本章小结
• 第四章 飞机静气动弹性特性数值计算与分析
• 4.1 引言
• 4.2 飞机静气动弹性特性数值计算
• 4.2.1 机翼柔度影响系数的计算
• 4.2.2 求解飞行器静气动弹性的基本方法
• 4.3 算例与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文主要工作和贡献
• 5.2 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的主要论文