头部波系对气动舵颤振特性的影响研究

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1、第46卷第6期2016年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．46No．6NOV．2016头部波系对气动舵颤振特性的影响研究陈浩，徐敏，王雅彬，康伟(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：以分析头部波系对气动舵颤振的影响为目的，采用CFD／CSD耦合算法。在耦合中采用保形动网格策略保持弹身和舵面的几何外形。对单独舵面和舵身组合体计算发现：与单独舵面相比，舵身组合体颤振边界随马赫数升高下降更快；在Ma=7时，单独舵面尚未颤振而组合体中的舵面已颤振。其机理为头部波系对气动舵的影响

2、：马赫数升高，头部圆锥激波内移，膨胀低压区缩小，舵面上激波和外流场的总影响区扩大，气动舵更易颤振。关键词：气动弹性；颤振；CFD／CSD耦合；保形；波系；操纵面中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654X(2016)06—0016—05EffectsofHeadWaveStructureonFlutterCharacteristicsofControlSurfaceCHENHao，XUMin，WANGYa．bin，KANGWei(SchoolofAstronautics，NorthwesternPolytechnic

3、alUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Thispaperaimsatanalyzingtheeffectsofshockandexpansionwavestructureofheadonflut-tercharacteristicsofaerodynamicrudder．Computationalfluiddynamics／computationalstructuraldynam．ics(CFD／CSD)couplingalgorithmhasbeenusedtoachievethatpurp

4、ose．Theshapepreservingmethodisadoptedincouplinganalysistoavoiddestructionofbodyandrudder’Sshape．Theresultsofsolerudderandrudder．．bodycombinationshowthattheflutterboundaryofrudder．．bodycombinationdecreasesfastercomparedtosolerudderastheMaehnumberincreasesandthatrudder．bo

5、dycombinationfluttersatMa=7whilesolerudderisstillstable．ThemechanismiStheeffectsofshockandexpansionwavestructureofheadontherudderwhichmeanstherudderismoreliabletoflutterasMachnumberincreaseswhichcausesconicalheadshockmovesinwardleadingtothatexpansionareashrinksandtheinf

6、luenceareaofshockandexternalflowexpands．Keywords：aeroelasticity；flutter；CFD／CSDcoupling；shapepreserving；wavestructure；controlsurface引言气动舵是所有大气层内飞行器(飞机、导弹)操控系统的重要组成部分，其气动弹性特性对整个飞行器的气动弹性特性有着显著的影响，如何更精确地分析气动舵的颤振特性是当前研究的热点。在气动舵颤振问题方面，文献[1]采用Nastran的气动弹性计算模块，分析了全动舵面低速颤振的影响因素

7、；文献[2]采用基于超声速面元法的非定常气动力有理函数拟合法，建立了时域非定常气动力求解模型，分析了带有燃气舵的导弹舵面的颤振特性；文献[3]采用有理函数拟合气动力，求解了考虑舵系统动态特性的舵面气动弹性颤振问题。但是，这些研究[1。1仅采用了简化的气动力模型(例如：文献[2]采用超声速面元法)，保真度较低，虽然在一些算例中取得了成功，但终究有一定适用范围。更重要的是，在超声速气流中，导弹头部会产生激波和膨胀波，这些波系结构完全有可能对气动舵的颤振特性造成不利影响，而文献[1—3]中都没有考虑导弹头部产生的激波和膨胀波对气动舵颤振特性

8、的影响。随着计算机的发展，CFD方法取得了突飞猛进的进步，已成功应用于多种工程外形的气动力系数计算、气动弹性分析等工程应用中。该方法相对文献[1—3]中所采用的简化气动力模型保真度更高，并且能够考虑导弹头部在超音速流中所