基于CFD的地面颤振模拟试验非定常气动力重构方法研究

为满足地面颤振模拟试验中气动力计算的实时性以及插值点数量要求,提出一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的非定常气动力重构方法。首先,通过模态激励的方式建立广义坐标下的气动力降阶模型(reduced order model,ROM),提高气动力计算效率;然后,利用提出的物理坐标与广义坐标物理量的转换关系将模型转换至物理坐标下,并基于优化算法对插值点进行缩聚处理;最终,采用标准模型AGARD445.6对建立的非定常气动力进行仿真。分析结果表明,基于重构的气动力模型获得的颤振边界与计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamic/computational solid dynamic,CFD/CSD)直接耦合及风洞试验结果吻合较好,证实了该方案的可行性。

基于亚临界响应的非定常气动力重构方法

针对颤振分析中非定常气动力计算精度不高问题,本文建立一种基于机翼亚临界响应的非定常气动力重构方法,首先采用计算流体力学(CFD)和计算结构力学(CSD)耦合的方式进行结构气动弹性响应分析.在结构亚临界状态下,获得机翼结构的亚临界响应,利用坐标变化解算出模态位移响应,同时提取结构气动力并进行广义气动力计算,然后通过系统辨识方式利用广义位移输入和广义气动力输出建立非定常气动力重构模型,最终通过建立的非定常气动力模型与结构模型联合仿真验证建立的非定常气动力模型精度。该方法只需要一次亚临界响应,方法精度较高且较传统颤振预测方法更安全与便捷,同时该方法也可推广至风洞试验和飞行试验中。

高超声速飞行器地面颤振评估技术研究

针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分(Proportional integral derivative,PID)控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。