基于斢斆斏棷斉斠斄方法的高效气动力降阶模型

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1、第棽椆卷第棻期暋计算力学学报暋斨旓旍棶棽椆棳斘旓棶棻棽棸棻棽年棽月斆旇旈旑斿旙斿斒旓旛旘旑斸旍旓旀斆旓旐旔旛旚斸旚旈旓旑斸旍斖斿斻旇斸旑旈斻旙斊斿斺旘旛斸旘旟棽棸棻棽文章编号椇棻棸棸椃灢棿椃棸椄棬棽棸棻棽棭棸棻灢棸棸棻椆灢棸椂基于斢斆斏棷斉斠斄方法的高效气动力降阶模型窦怡彬灣棻棳棽棳暋徐暋敏棻棳暋斆旇旘旈旙旚旈斸旑斅旘斿旈旚旙斸旐旚斿旘棽棬棻棶西北工业大学航天学院棳西安椃棻棸棸椃棽椈棽棶慕尼黑工业大学空气动力学研究所棳慕尼黑椄椀椃棿椄棭摘暋要椇由正交斪斸旍旙旇函数构造斪斸旍旙旇灢单信号灢复合灢输入棳对其

2、作用下的计算流体力学响应采用单信号灢复合灢输入棷特征系统实现算法斢斆斏棷斉斠斄棬斢旈旑旂旍斿灢斆旓旐旔旓旙旈旚斿灢斏旑旔旛旚棷斉旈旂斿旑旙旟旙旚斿旐斠斿斸旍旈旡斸旚旈旓旑斄旍旂旓旘旈旚旇旐棭辨识得到离散时间非定常气动力状态空间降阶模型暎通过对斏旙旓旂斸旈机翼剖面气动弹性算例的计算证明该方法具有和非定常计算流体力学方法相当的精度同时模型维数降低棽个数量级椈在模型构造时间上棳斢斆斏棷斉斠斄方法比脉冲棷斉斠斄方法计算效率提高棽棿棩棳同时内存占用减小棾棿棩椈由理论分析可知当耦合结构模态数目增加时棳斢斆斏棷斉斠斄

3、方法所需的计算开销增幅远小于脉冲棷斉斠斄方法椈采用频域平衡特征正交分解斅斝斚斈棬斅斸旍斸旑斻斿斾斝旘旓旔斿旘斚旘旚旇旓旂旓旑斸旍斈斿斻旓旐旔旓旙旈旚旈旓旑棭方法可以准确地从降阶模型中提取出一个低频二次降阶模型棳同时保持与原模型相当的精度暎二次降阶后模型维数进一步减小椄椄棩暎关键词椇降阶模型椈单信号灢复合灢输入棷特征系统实现算法椈平衡特征正交分解椈二次降阶中图分类号椇斨棽棻棻椈斚棾椀棿棶椃暋暋暋文献标志码椇斄学简化棳降阶模型的计算开销棬计算机内存暍计算时棻暋引暋言间和设计周期棭比原始复杂系统减少了若干数量

4、截止目前棳计算流体力学斆斊斈棬斆旓旐旔旛旚斸旚旈旓旑斸旍级暎对斆斊斈而言棳使用气动力降阶模型可以大大斊旍旛旈斾斈旟旑斸旐旈斻旙棭仍然是计算非线性非定常气动力减少系统计算时间棳扩大其应用范围和深度暎最有效且保真度最高的方法暎虽然斆斊斈模型具有斢旈旍旜斸椲棾棳棿椵首先提出可以利用脉冲棷特征系统实棿很高的自由度棬通常在棻棸以上棭棳可以捕获更多的现算法棬脉冲棷斉斠斄棭构造状态空间非定常气动力流场信息棳并提高非定常流场建模能力棳但是棳如果降阶模型暎但该方法最大的缺点是辨识所需的结不借助其他工具和方法棳只靠斆斊斈本

5、身来分析流构脉冲响应是分别独立计算得到的棳因此模型构造椲棻椵场的复杂运动显然是不够的暎这是因为数值仿时间与结构模态阶数成正比棳耦合的模态越多棳构真有以下两个局限暎造时间也就越长暎为了克服脉冲棷斉斠斄方法暟一次棬棻棭详尽的流场变量随时间变化关系并不一椲椀椵一个模态暠的缺点棳斢旈旍旜斸提出使用脉冲算法从一定有助于研究者更好理解流场问题的本质棳需要有个复合输入响应中提取各阶模态的脉冲响应椈更简单的棳能够直接预测系统重要特性的模型来分椲椂棳椃椵斔旈旐则提出了单信号灢复合灢输入棷特征系统实析得到的数据暎棬棽棭直接

6、采用斆斊斈方法计算复杂流场开销极现算法棬斢斆斏棷斉斠斄棭棳直接对复合输入信号作用下大棳限制了该方法在气动弹性和结构优化设计等多的系统输出进行辨识棳不显示依赖结构脉冲响应暎学科领域内的应用暎本文在斔旈旐研究的基础上棳采用正交斪斸旍旙旇函数为了克服上述局限棳就需要发展代理模型棳降构造斪斢斆斏输入信号棳用斢斆斏棷斉斠斄方法辨识斆斊斈阶模型就是其中的一种暎它可以完全或者大部分响应得到降阶模型暎在此基础上用频域平衡特征椲棽椵代替原复杂系统的基本动力特性暎由于这种数正交分解棬斅斝斚斈棭对得到的状态空间模型进行二次降

7、阶暎采用该方法对斏旙旓旂斸旈机翼剖面标准气动收稿日期椇棽棸棻棸灢棸椀灢棻椄椈修改稿收到日期椇棽棸棻棸灢棸椆灢棸棿灡基金项目椇国家自然科学基金灢重大研究计划棬椆棸椄棻椂棸棸椄棭弹性算例进行计算棳结果显示斢斆斏棷斉斠斄方法的计资助项目棶作者简介椇窦怡彬灣棬棻椆椄棿灢棭棳男棳博士生算开销小于脉冲棷斉斠斄方法棳同时采用斅斝斚斈方法棬斉灢旐斸旈旍椇斸斾斸旐椷斾旟斺椑旙旈旑斸棶斻旓旐棭椈二次降阶后棳在保持精度不变的情况下模型维数减徐暋敏棬棻椆椀椂灢棭棳女棳教授椈斆旇旘旈旙旚旈斸旑斅旘斿旈旚旙斸旐旚斿旘棬棻椆椂棽灢棭

8、棳男棳副教授棶少了一个数量级暎棽棸计算力学学报暋第棽椆卷暋棻棽暛棴棻撿棸棸棸擆棽暋斢斆斏棷斉斠斄方法梹梹棻棽暛棴棻梹棻棻棻梹暋棸椊梹梹棬棿棭与脉冲棷斉斠斄方法不同棳斢斆斏棷斉斠斄方法引入暛暛暛暛梹梹复合输入概念棳直接对系统复合输入信号下的输出擁梹棻棽暛棴棻擇梹进行辨识并构造降阶模型暎图棻给出了脉冲棷斉斠斄棻棽暛棴棻撿棻棻棻擆梹梹方法和斢斆斏棷斉斠斄方法构造流程图暎梹棻棽暛棴棻梹棽棽棽暋棻椊梹梹棬椀棭梹暛暛暛暛梹擁梹棻棽暛棴棻擇梹棲棻棲棻棲棻