拼接网格技术在复杂流场数值模拟中的应用研究

采用分区拼接网格技术,对DLR-F6机翼/机身/挂架/短舱复杂组合体进行拼接网格分布。并采用Menter SST湍流模型,通过求解Navier-Stokes方程,对该组合体外流场以及发动机短舱内流场进行了一体化数值模拟,与相应风洞实验数据及分区搭接网格计算结果进行了比较与分析,验证了拼接网格技术的高效性与可靠性。同时通过分析对比不同插值方法的计算结果,研究了插值方法对拼接精度的影响;通过分析对比几组不同的拼接网格算例,总结出了3个拼接网格的基本实施准则。证明了拼接网格能够大幅度减小计算网格数目,可以更加灵活地分布网格节点,这样既可以缩短计算时间,又可以降低对内存的需求,提高了计算效率;同时无论整体的力系数,还是局部的压力分布流场细节都能够满足工程精度。

偏航、侧摆联接刚度对带外挂三角机翼颤振特性的影响

本文对一带外挂三角翼模型进行了颤振理论计算和风洞实验。分析了机翼/外挂系统偏航及侧摆联接刚度对颤振特性的影响,并在低速风洞中进行了模型吹风实验。实验结果与理论计算相吻合,根据研究结果,得出了一些有参考价值的结论。

运输机短舱挂架纵向位置优选数值研究

针对运输机的翼/身/架/舱干扰问题,本文基于Euler方程,采用笛卡尔直角网格,应用有限体积法对全机绕流流场进行数值计算,分析和比较了短舱挂架不同前伸量、下沉量的影响,提出了基于最佳前伸量和下沉量的优选配合位置,并与初始位置的全机气动特性进行对比。结果表明,获得的短舱挂架优选配合位置使全机气动特性得到了明显改善和提高。

机翼－机身－吊架－短舱的跨声速流计算

本文通过使用多块网格的嵌合体技术，计算了机翼－机身－吊架－短舱的跨声速流场。将机翼－机身－吊架－短舱流场分为机翼－机身和吊架－短舱两个子区域，根据嵌套网格结构建立机翼－机身－吊架－短舱的组合网格，分别对这两个子区域根据相应的边界条件独立求解，然后采用嵌合体技术传递两个子区域的干扰信息，通过两个流场的耦合迭代得到机翼－机身－吊架－短舱流场的计算结果，数值模拟结果与实验结果进行了比较，两者吻合较好。

机翼-机身-挂架-短舱复杂流场数值模拟

本文采用分区搭接网格技术,对机翼/机身/挂架/短舱复杂组合体进行网格分布,通过分析计算网格对结果的影响,探讨了网格的划分。基于Roe的近似黎曼解的方法,采用S-A湍流模型,通过求解N-S方程,对该组合体外流场/发动机短舱内流场进行一体化数值模拟,与相应风洞实验数据进行了比较与分析,取得了与实验数据较为吻合的结果。与无发动机短舱的组合体的气动特性进行比较,分析了短舱对翼身组合体的气动干扰。

发动机吊挂与机翼连接接头强度分析与试验

飞机吊挂与机翼连接接头主要用于传递来自动力装置的载荷,是飞机结构强度设计的关键件。为了精确分析吊挂与机翼连接接头强度及应力应变分布规律,设计了一套接头强度静力试验系统,研究了接头强度有限元建模方法。以总体有限元分析得到吊挂与机翼连接接头载荷为基础,建立了接头的细节有限元模型,分析了对接头强度影响较为严重的两种工况。有限元分析结果与试验结果对比,验证了接头强度有限元建模方法合理,对民机发动机吊挂与机翼接头设计具有应用参考价值。

先进双发民用飞机跨音速绕流数值模拟

采用求解椭圆型和抛物型偏微分方程的方法及多块网格技术，生成机翼／机身／短舱／挂架复杂组合体外形的贴体及与边界正交的计算网格。应用有限体积法高效求解欧拉方程，模拟先进双发民用飞机的跨音速绕流，并计入机翼边界层的粘性效应，获得存在短舱、挂架干扰的翼身组合体气动特性。计算表明，短舱、挂架对超临界机翼的气动特性有显著的影响。

用解耦挂架抑制机翼/外挂颤振的低速风洞试验研究

进行了用解耦挂架抑制机翼/外挂颤振的低速风洞试验研究。试验分别在二元机翼及大展弦比机翼颤振模型上进行。试验结果表明:机翼/固接外挂颤振速度低于单独机翼颤振速度;而当外挂俯仰频率落入柔性区范围时,机翼/铰接外挂颤振速度高于单独机翼颤振速度,且其颤振速度对外挂惯性特性的变化比较不敏感。试验结果还表明:阻尼对用解耦挂架抑制机翼/外挂颤振的效果有重要影响。阻尼过小时,可能发生以外挂模态为主的颤振,使颤振速度降低。文中还讨论了外挂铰点弦向、展向位置的影响。同时进行了相应的理论计算,计算结果与试验结果基本相符。

机翼吊挂耦合多余度刚度特性试验及分析方法

针对飞机机翼和发动机吊挂耦合刚度特性试验和分析难题,采用机翼和吊挂结构多余度不对称耦合刚度试验和数值仿真方法,解决了结构余度分析、多类载荷协调加载、耦合刚度识别、有限元模拟、刚度特性试验和分析等问题。对比分析试验和仿真得到的位移和应变,研究了机翼和吊挂的强度水平,以结构冗余度为指标,研究了机翼和吊挂的强度水平和耦合刚度特性,结果表明,关键位置应变结果误差小于3%,变形结果偏差小于4.9%,验证了分析模型和结果的可靠性。对典型工况分析后表明,机翼弯曲吊挂侧偏和机翼扭转吊挂俯仰耦合特性明显,其中机翼弯曲吊挂侧偏表现出明显的不对称性,不对称差异达到21%;结构余度影响耦合性能,随着结构余度的降低,耦合特性增大,以位移比为指标,侧偏最大可达到5倍以上,扭转最大可达1倍以上。该试验和仿真分析方法可以用于复杂结构耦合刚度试验以及强度设计和分析。

翼吊式发动机安装设计综述

发动机安装是飞机总体设计中必须考虑的因素,发动机吊挂作为将发动机动力传递给飞机的结构部件,其安装设计非常重要。针对翼吊飞机的特点,介绍了发动机安装位置对飞机特性的影响,阐述了几种不同吊挂形式以及吊挂与机翼、吊挂与发动机连接形式的优缺点。分析表明:盒形梁式吊挂盒段结构、吊挂与机翼静定连接形式、吊挂与发动机主体连接形式是发动机吊挂结构的首选方案。

机翼吊挂结构设计技术研究

机翼吊挂结构的主要作用是承受和传递来自机翼下导弹、电子吊舱或加油舱等外挂物以及吊挂自身的气动载荷,并需满足机翼外挂物的升降功能和系统在吊挂内部的安装与维护要求,是飞机结构设计的关键部件。因此,分析吊挂结构的设计和验证方法,对吊挂结构的设计需求、结构受力、设计难点及解决措施、可靠性、维修性、工艺性以及试验规划等技术实现途径进行详细研究。

商用飞机翼吊短舱安装位置对吊挂系统布置空间影响研究

商用飞机翼吊短舱安装位置是飞机总体布局的重要参数之一,会对飞机性能产生重要影响;吊挂是连接短舱/发动机与机翼的结构部件,其内部机载系统的布置需求也会在一定程度上影响飞机性能。本文讨论了控制短舱位置参数的变化对吊挂系统布置空间的影响,并得出相关结论,为短舱位置和吊挂系统布置工作提供支持。

四类典型设计参数对机翼/外挂颤振特性的影响分析

在某机翼颤振模型基础上,建立了挂架和外挂结构动力学模型,并组装成机翼/外挂颤振计算模型。与光机翼情况对比,对应基准设计参数状态的机翼/外挂颤振速度降低了近50%。为研究机翼/外挂颤振特性受设计参数的影响,分别改变机翼油箱燃油状态、挂架刚度、外挂弦向悬挂位置和外挂展向悬挂位置,获得了设计参数对该机翼/外挂模型颤振特性的影响规律,给出了提高机翼/外挂颤振特性的改进建议。

鲁棒的结构网格自动化重叠方法

网格技术是目前数值模拟中的关键技术之一。重叠网格是一种放宽拓扑要求、减小网格生成难度的网格技术。本文以结构重叠网格为基础,分别针对挖洞、寻点以及洞面优化方法进行了研究和改进,同时完成物面网格重叠,形成了一套鲁棒的、自动化的网格重叠系统。在挖洞方面,结合"最小洞映射"方法,提出"复合式挖洞"方法,节省内存开销;在寻点方面,通过构建格心虚网格,保证搜索空间的连续性,同时结合"有效搜索"思想,排除部分对寻点无贡献的网格点,进而减少ADT叉树节点;在洞面优化上,改变填补判别法则并引入两类受保护洞内点,确保两层插值边界建立,提高鲁棒性;在物面网格重叠上,利用物面投影法完成坐标修正,实现物面附近网格流动变量的准确传递。为验证本文方法,分别对定常翼身组合体DLR-F6绕流和非定常机翼挂载分离过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合良好,表明该结构重叠网格系统对多物体间定常、非定常扰流具有较好的数值模拟能力和较高的模拟精度,具有较高的工程应用价值。

动力干扰下宽体客机机翼多目标优化设计

在机翼/机身/吊挂/动力短舱(WBPN)构型中开展了宽体客机机翼外形多目标优化设计。通过对动力短舱流场的动量积分,分析了直接用壁面积分"阻力"作为机体外形减阻优化设计目标函数的合理性。计算研究了短舱/吊挂的安装,以及发动机喷流对翼吊布局宽体客机机翼的干扰作用,展示了同时在安装效应和喷流干扰下设计机翼外形的重要性。运行搭建于超级计算机上的优化系统,求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程计算流场,实现了动力干扰下机翼外形的三点三目标优化设计。在80h内,完成了近20 000个方案的计算评估,遗传优化近40代。所选的最优方案阻力发散性能明显提高,自动优化后的人工修形设计使机翼剖面展向过渡和压力分布形态更为理想。动力构型下取得的减阻效果,在通气短舱构型下亦得到验证和确认。

民用飞机翼下吊挂连接方式分析

民用飞机翼下吊挂是飞机结构中的重要组成部分,连接着飞机的机翼和发动机,是民用飞机的主要承力件,飞机飞行过程中吊挂受载复杂且对飞机的安全有重要的影响,本文主要分析了吊挂的连接方式,列举了波音、空客等公司常用的吊挂结构以及其连接特点,对吊挂设计需要考虑的方面进行了简单的阐述。