跨声速非定常空气动力计算与分析

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5、激后扭曲变形最后发展成颤振的全过程，并对这一计算结果进行了初步分析，所得的算法具有普遍意义。关键词：颤振，空气动力学，动网格[引言]早期的飞行器设计中的空气动力学分析都是将机翼﹑机身和其他气动部件当作刚体来处理。但自第一架飞机诞生以来，空气动力学与飞机结构弹性的相互作用问题已经对航空技术的发展产生了重大影响，特别在‘彗星号’失事以后，人们对此倍加关心。飞机在空气载荷作用下会出现可观的变形，这种变形将改变空气动载荷的分布，而它反过来又使变形发生变化。在这种相互作用过程中，会引起振动，学术界称之为颤振。这是一种自激振荡，

6、它不断从气流中吸收能量。当飞机发生颤振时，轻则出现不稳定和振动现象，重则因它引起材料‘疲劳’从而导致飞机在空中解体，以至机毁人亡。在莱特兄弟首次试飞前，兰利的“空中旅行者”作了两次不成功的飞行试验。第二次试飞时机翼和尾翼毁坏了，失败原因众说纷纭，气动弹性可能是第二次失败的罪魁祸首。第一次世界大战中，英国的DH-9飞机尾翼颤振导致了飞行员死亡。对此，英国空气动力学家贝尔斯托（L.Bairstow）首先对颤振进行了理论研究。随着飞机速度的提高，空气动力增大，而重量小的结构形式使机翼抵抗变形的能力下降，所以气动弹性问题便得

7、严重起来。20世纪30年代初英国一家飞机连续发生有气动弹性引起的颤振事故，促使航空工程界对气动弹性问题普遍重视起来[摘自参考文献3，P118]。其间的理论研究颇有成效。美国力学家西奥多森（T.Theodorson）提交的研究报告对美国航空工业界建立颤振分析方法起了巨大作用。50年代中后期，特别是60年代，一方面空气动力学理论的突破为非定常空气动力学研究提供了新方法；另一方面风洞技术高度发展，使振荡机翼非定常气动理论有了新的突破。但由于理论方法的局限性以及风洞试验的高耗能及周期长等问题，计算空气动力学应运而生。由于涉及

8、到非定常空气动力学，颤振及气动弹性问题的研究十分困难。目前国内关于颤振的研究主要还是基于试验，理论仅限于线性划分析。近年来由于计算技术的飞速发展以及CFD的实际解题能力大大扩大，用数值方法解决这样复杂的问题已是可能。采用计算流体力学方法可缩短周期、降低费用，特别在初选阶段，优化选型需要不断改变参数、重复计算。对那些目前不能在特定的飞行状态下进行