飞行器颤振问题数值模拟技术研究

论文摘要

颤振问题的研究在飞行器设计中占据着重要的地位,尤其是对于新型号飞行器的研制。飞行器的颤振特性是制约飞行器性能的一个重要因素。本文的研究目的是发展适合于飞行器跨声速颤振数值模拟方法,开发颤振计算分析软件,为设计部门服务。本文研究了飞行器颤振的时域计算方法,采用Euler/NS方程求解非定常气动力,并与颤振方程耦合迭代求解,计算结构响应特性。在引言中,概述了颤振问题的研究背景,简要回顾了颤振数值模拟的发展历程和现状,然后扼要介绍了本文的工作。在第二章中,介绍了本文采用的非定常流动数值模拟方法,通过两个二元翼型算例考核非定常计算方法,研究了湍流模型、时间精度和网格密度对非定常气动特性的影响。在第三章中,详细介绍了二元机翼颤振数值模拟方法,模拟了NACA64A006翼型在跨声速阶段的颤振特性,研究了不同网格规模、时间步长、刚性网格与柔性网格对颤振速度的影响。在第四章中,详细介绍了三维机翼颤振数值模拟方法及采用的动网格技术。数值模拟了AGARD445.6机翼的颤振边界,研究了不同网格规模、时间步长、初始流场对颤振速度的影响。最后,在结束语中,对已有的工作做了回顾,指出存在的不足和今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 飞行器颤振分析的主要研究方法
• 1.3 飞行器颤振数值模拟的发展及现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 非定常气动力的求解
• 2.1 引言
• 2.2 控制方程
• 2.3 空间离散
• 2.3.1 标量耗散的中心格式
• 2.3.2 矩阵耗散的中心格式
• 2.3.3 MUSCL-ROE 格式
• 2.4 时间离散
• 2.5 湍流模型
• 2.5.1 Spalart-Allmaras 湍流模型
• 2.5.2 K-Omega SST 湍流模型
• 2.6 边界条件
• 2.7 多重网格法
• 2.8 算例验证
• 2.8.1 nlr7301 两段翼型
• 2.8.2 NACA0012 翼型小攻角俯仰振荡
• 2.8.3 NACA0012 深失速数值模拟
• 2.9 本章小结
• 第3章 跨声速翼型的颤振数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 控制方程
• 3.3 计算方法
• 3.4 算例分析
• 3.4.1 NACA64A006 翼型定常绕流计算
• 3.4.2 NACA64A006 翼型跨声速颤振数值模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 机翼的颤振数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 控制方程
• 4.3 三元机翼的颤振
• 4.3.1 结构方程解法
• 4.3.2 气动－结构耦合数据交换
• 4.3.3 动网格技术
• 4.4 AGARD445.6 机翼颤振特性研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 结束语
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 下一步工作设想
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文