用于翼面流场主动控制的智能结构基础研究

论文摘要

近年来,随着智能结构研究的不断深入,采用智能压电材料结构驱动,具有流场主动控制功能的智能机翼成为当前一个新的研究热点。智能压电材料结构可静（动）态调整机翼剖面几何形状,抑制湍流发展,控制动态失速,实现机翼气动增益,是一种流场主动控制有效方法,而且智能压电材料结构还具有功耗小、结构紧凑、机电转换效率高、重量轻、控制频带宽,环境适应性好等优点。 本文采用增量投影有限元法,数值求解了不可压粘性流场纳维-斯托克斯主控方程,同时探索了鼓包型智能机翼在不同雷诺数（ Re =5.7e5-1.71e7）和不同攻角（α =0o-20o）条件下对翼面亚音速流场优化调控的可行性和调控效果,为智能压电材料结构设计提供理论依据。论文应用线性插值方法对流场计算结果进行表格化数据处理,综合设计并比较了在不同来流马赫数、不同翼型攻角下得到的具有不同优化指标的两组翼型剖面鼓包量,为流场主动控制系统的开环控制律设计提供数值试验数据。设计计算结果表明,该方法简便、有效,是一种适合智能机翼翼面流场主动控制的开环控制律。

论文目录

• 第一章 概论
• 1.1 引言
• 1.2 翼面流场主动控制基本方法
• 1.3 翼面流场主动控制研究现状
• 1.4 智能结构用于翼面流场主动控制的原理、方法和内容
• 1.4.1 智能结构用于翼面流场主动控制的原理
• 1.4.2 智能结构用于翼面流场主动控制的方法
• 1.4.3 智能结构用于翼面流场主动控制的内容
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 MATLAB PDE 工具箱及非结构网格生成
• 2.1 偏微分方程工具箱的功能
• 2.2 PDE Toolbox 求解的问题及背景
• 2.2.1 方程类型
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 PDE 模型的背景
• 2.3 PDE Toolbox 的使用
• 2.3.1 定解问题的设置
• 2.3.2 PDE 问题求解
• 2.3.3 使用 PDE Toolbox 求解非标准问题
• 2.3.4 计算结果的可视化
• 2.3.5 应用领域
• 2.4 非结构网格生成
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 Delaunay 三角剖分 B－W 算法
• 2.4.3 Voronoi 边布点策略
• 2.5 网格自适应处理
• 2.6 算例
• 2.7 本章小结
• 第三章 NACA0012 二维 THUNDER 翼型流场有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 二维翼型绕流流场特性
• 3.3 THUNDER 翼型数学模型构建
• 3.4 不可压粘性翼型流场主控方程
• 3.4.1 原始变量基本方程组―N-S 方程
• 3.4.2 THUNDER 翼型流场调控主控 N-S 方程组的定解条件
• 3.5 非定常不可压流场中初边界条件相容性
• 3.5.1 不可压 Euler 方程
• 3.5.2 不可压 Navier-Stokes 方程
• 3.5.3 不可压粘性翼型流场初边界相容条件设定
• 3.6 不可压缩粘性翼面流场求解
• 3.6.1 增量投影有限元法基本原理
• 3.6.2 增量投影有限元法用于翼型流场求解
• 3.6.3 加速收敛技术
• 3.6.4 算例－二维 THUNDER 翼型流场数值求解
• 3.7 本章小结
• 第四章 THUNDER 翼型流场气动力分析
• 4.1 引言
• 4.2 二维 THUNDER 翼型气动力分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 智能结构用于 THUNDER 翼型流场主动控制的基础及控制律设计
• 5.1 智能结构用于 THUNDER 翼型流场主动控制基础
• 5.2 THUNDER 二维翼型流场主动控制控制律设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 工作总结
• 6.2 主要结论
• 6.3 尚需研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录一 THUNDER 翼型流场数值模拟图形结果
• 附录二 THUNDER 翼型流场调控鼓包量参数表