基于CFD_CSD耦合的机翼跨音速颤振计算_张苏华

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1、第29卷第12期计算机应用与软件Vol.29No．122012年12月ComputerApplicationsandSoftwareDec．2012基于CFD-CSD耦合的机翼跨音速颤振计算张苏华赵永辉(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016)摘要采用CFD-CSD耦合计算是预计机翼跨音速颤振特性的主流方法。以跨音速颤振国际标准模型AGARD445．6机翼为研究对象，利用ANSYS．MFX多场耦合求解器对Euler方程进行求解来获得作用在机翼表面上的非定常气动力;对结构振动方程采用HHT方法直

2、接数值积分以获得结构响应。通过CFD和CSD的耦合，计算了AGARD445．6机翼的跨音速颤振特性。数值模拟结果与NASA风洞实验结果符合良好，表明利用ANSYS．MFX计算机翼跨音速颤振问题是可行的。关键词跨音速颤振MFX多场求解器HHT方法AGARD445．6机翼中图分类号TP311V215．3文献标识码ADOI:10．3969/j．issn．1000-386x．2012．12．012PREDICTINGTRANSONICFLUTTEROFWINGUSINGCFD-CSDCOUPLINGMETHODZhangSuhua

3、ZhaoYonghui(StateKeyLaboratoryofMechanicsandControlofMechanicalStructures，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，Jiangsu，China)AbstractCFD-CSDcouplingmethodisthemainstreamapproachinpredictingtransonicfluttercharacteristicsofwing．Inthispaper，we

4、takeinternationalstandardmodeloftransonicflutterWingAGARD445．6astheinvestigationobject，andpredicttheunsteadytransonicaero-dynamicforcesactingonthesurfaceofwingbyusingmulti-fieldcouplingsolverANSYS．MFXtosolveEulerequations．Forthestructuralvi-brationequations，direct

5、numericalintegralwithHHTmethodisusedtoobtainstructuralresponses．ThetransonicfluttercharacteristicsofWingAGARD445．6arecomputedwiththecouplingofCFDandCSD．NumericalsimulationresultsagreewellwiththoseoftheNASAwindtunneltest．ThisindicatesthattheuseoftheANSYS．MFXtosolve

6、theproblemstransonicflutterofwingisfeasible．KeywordsTransonicflutterMFX(Multi-FieldSolver)HHTmethodWingAGARD445．6HHT方法直接积分计算，对非定常Euler方程求解得到气动力，0引言并将颤振计算结果与NASA的风洞实验报告进行比较，符合良好。［1，2］颤振是一种典型的流固耦合现象。其数值解法主要涉及计算结构力学(CSD)和计算流体力学(CFD)两方面。求解结1CFD-CSD耦合颤振计算方法构振动方程的理论早已较为

7、完善，而非定常气动力的求解一直影响着颤振计算领域的发展。目前，在低速、亚音速以及超音速1．1颤振控制方程［3］区域内非定常气动力已经可以被线化求解，如低亚音速的颤振本质上属于结构振动，其方程为:Theodorsen气动力、准定常气动力以及超音速的活塞理论等。．Mü(t)+Cu(t)+Ku(t)=f(t)(1)线化的气动力在求解时不需要建立流场网格，只需对结构划分其中，M、C、K分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，f有限单元，求解效率快，因而受到航空界的欢迎。商业软件(t)为结构受到的非定常气动力矩阵，u为结构各自由度

8、在物理MSC．NASTRAN正是基于线化的气动力求解低亚音速及超音速空间内的位移向量。的颤振问题。求解上述方程常用两种方法，模态叠加法和直接数值积分飞机在跨音速飞行条件下，由于气体呈现明显的可压缩性，［4］法。为了防止结构振动方程有限元迭代过程中高频区域数值耗机翼、机身上出现激波，传统的线化气动力的方法