基于曲面涡格法的柔性飞机静气动弹性分析

该文采用曲面涡格法对柔性飞机进行曲面气动力建模,并进一步考察了可压缩情况下曲面涡格法载荷的计算精度,满足了柔性飞机曲面气动载荷计算的需求。在气动载荷计算的基础上结合结构几何非线性分析与插值计算,完成了柔性飞机几何非线性静气动弹性分析。分析结果表明,曲面涡格法在可压缩情况下载荷计算精度较好且气动力曲面建模优势明显,可用于工程复杂模型的曲面气动力计算。与传统线性静气动弹性计算相比,考虑结构几何非线性及气动力曲面效应的非线性静气动弹性分析更符合真实物理情景,载荷计算更为准确,结构变形结果更为可靠。

鱼骨柔性翼段线性/非线性静气动弹性对比分析

鱼骨柔性翼作为一种性能优越的主动变弯度机翼机构形式,具有弦向抗弯刚度低、翼型厚度方向刚度高的特点,其在进行大弯度主动变形时结构存在较强的几何非线性且气动弹性效应显著。针对传统线性静气动弹性分析方法并不适用于鱼骨柔性翼段的气动弹性分析问题,以Bristol大学的公开鱼骨柔性翼段模型为研究对象,采用曲面涡格法(VLM)和非线性有限元耦合的非线性静气动弹性方法,以及传统气动弹性分析中常用的平面涡格法和线性有限元耦合的线性静气动弹性方法,分别对鱼骨柔性翼段进行大变形下的静气动弹性分析,并进行结果对比。对比验证了所用曲面涡格法与XFOIL软件气动计算结果。算例结果表明:鱼骨柔性翼段大变形下气动弹性效应显著,相比传统线性静气动弹性分析方法,非线性静气动弹性分析方法得到的鱼骨柔性翼段在大变形状态下升力系数最多减少8.28%,力矩系数最多减少6.86%,且能准确快速得到真实变形结果,更具有实际工程应用价值。

考虑几何非线性的复合材料机翼气动弹性分析

本文研究结构几何非线性与气动力非平面效应对大展弦比复合材料机翼的气动弹性行为的影响.将非线性有限元法与曲面涡格法结合,计算机翼静气动弹性变形;通过曲面偶极子格网法结合静气动弹性平衡位置处的结构切线刚度,建立气动弹性方程并求解得到机翼颤振速度.针对板模型机翼,分析了迎角对机翼几何非线性气动弹性特性的影响.结果表明:本文复合材料板模型机翼的颤振形式不受水平弯曲模态影响,属于经典弯扭颤振;在几何非线性的影响下,机翼扭转频率随结构变形增大而明显减小,颤振速度随迎角增大而减小.

柔性飞机大变形曲面气动力计算及配平分析

柔性飞机在载荷作用下产生较大的弹性变形并呈现出几何非线性特性,机翼升力面呈现出大变形空间曲面的特征,传统平面气动力的工程分析方法无法给出空间变形下的真实载荷状态进而影响柔性飞机气动弹性分析的准确性。该文基于柔性飞机几何非线性气动弹性分析的需求,建立了曲面三维升力线和曲面涡格两种不同的曲面定常气动力方法,并结合曲面样条插值完成了大变形下结构运动信息与气动载荷信息之间的相互作用和交换,实现气动面随结构变形的自适应更新。进行了柔性飞机的全机非线性配平分析,并对两种不同的气动力方法的分析结果进行对比,归纳出柔性飞机几何非线性气动弹性配平分析的特点。升力线方法分析快速简单,涡格法可以考虑机翼弯度影响,便于复杂模型的多轮次反复计算。两种方法的分析结果具有较好的一致性,当飞机变形较小时都与传统的线性分析方法吻合较好;当结构变形较大时,非线性配平结果随风速和结构质量呈非线性变化,与传统线性分析结果产生明显差别需在设计初期引起重视。