平尾模型连续变速压颤振试验方法及数值计算研究

为了提升暂冲式风洞跨声速颤振试验效率和安全性,基于自回归滑动平均(auto-regressive moving average,ARMA)系统辨识方法建立了一套高效颤振高效预测方法,基于补偿解耦和专家PID形成FL-60风洞定马赫数连续变速压流场控制技术。将ARMA系统辨识方法通过国际标模AGARD445.6机翼进行验证,颤振速压和频率计算结果与CFD/CSD耦合计算结果差别不超过4%。然后通过风洞流场调试验证FL-60风洞连续变速压流场控制,速压变化线性度高,马赫数控制精度在±0.003。最后通过平尾模型连续变速压颤振试验进行综合验证,阶梯和连续变速压两种试验方式得到的颤振速压差别小于2%,颤振边界计算结果与风洞试验吻合较好,提出的数值方法在试验前可以对车次安排起到良好的指导意义。

基于高阶谐波平衡的跨声速颤振高效预测方法

跨声速流场激波及其诱导的附面层分离等非线性因素导致跨声速颤振边界很难被准确预测,尤其是目前工程常用的偶极子格网法,在跨声速时该方法的预测精度大幅下降。在雷诺平均Navier-Stokes方程流场求解器的框架内,利用结构模态建立广义结构运动方程,利用径向基函数建立模态振型的插值方法,结合径向基函数和无限插值两种网格变形方法的优点实现高效高鲁棒性网格变形方法,从而实现颤振时间推进分析流程,利用国际颤振标模AGARD445.6机翼验证程序在跨声速颤振边界预测中的可靠性。然而,时域方法在气动/结构反复迭代,需要耗费大量的计算资源和时间。为了提高颤振预测效率,基于高阶谐波平衡(HOHB)方法快速获得广义力影响系数矩阵,利用该矩阵建立频域模态位移和气动力之间的关系,实现高效颤振频域分析方法。通过二维翼型和三维机翼算例进行验证,结果表明:在不对计算精度产生明显影响的前提下,HOHB方法能够提高颤振预测效率约6倍。