基于非线性气动力的飞机飞行载荷计算

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1、第４５卷第３期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．３２０１５年５月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｙ．２０１５基于非线性气动力的飞机飞行载荷计算１１２张辉，李杰，蒋胜矩（１．西北工业大学航空学院，陕西西安７１００７２；２．中国兵器工业第２０３研究所，陕西西安７１００６５）摘要：为了研究气动力非线性对飞机静气动弹性特性及飞行载荷的影响，发展了一种基于非线性气动力的飞机静气弹及飞行载荷计算方法。通过引入ＣＦＤ计算结果，实现对线性方法中的气动力影响系数矩阵的非线性修正，采用模

2、态法求解静气弹配平方程得到飞机非线性的气弹变形及飞行载荷。以某翼身组合体构型为计算算例，分别针对刚性模型和柔性模型，基于非线性气动力完成了飞机静气动弹性分析及载荷计算，并与线性结果进行了对比分析。结果表明，非线性方法可对大迎角范围内飞机静气弹变形及飞行载荷做出较合理的预测。关键词：静气动弹性；气动力影响系数矩阵；ＣＦＤ；非线性气动力；飞行载荷；气动载荷；弹性飞机中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１５）０３桘０００８桘０４CalculationofAircraft

3、FlightLoadsusingNonlinearAerodynamicData１１２ＺＨＡＮＧＨｕｉ，ＬＩＪｉｅ，ＪＩＡＮＧＳｈｅｎｇ桘ｊｕ（１．SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi′an７１００７２，China；２．No．２０３ResearchInstitudeofChinaOrdnanceIndustries，Xi′an７１００６５，China）Abstract：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅ

4、ｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｅｒｏ-ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙａｎｄｆｌｉｇｈｔｌｏａｄｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｔａ，ｉｎｗｈｉｃｈａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｉｎｆｌｕｅｎｃｅｍａｔｒｉｘｉｎｌｉｎｅａｒｍｅｔｈｏｄｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍＣＦＤ，ａ

5、ｎｄｔｈｅｓｔａｔｉｃａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃ／ｔｒｉｍｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｓｏｌｖｅｄｕｓｉｎｇｍｏｄａｌｍｅｔｈｏｄｔｏｏｂｔａｉｎａｉｒｃｒａｆｔｄｅｆｏｒｍ-ａｔｉｏｎａｎｄｆｌｉｇｈｔｌｏａｄｓ．Ａｓａｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｆｌｉｇｈｔｌｏａｄｓｏｆｒｉｇｉｄｍｏｄｅｌａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｍｏｄｅｌｏｆａｗｉｎｇｂｏｄｙｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｌ

6、ｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙ-ｎａｍｉｃｄａｔａ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｂａｓｅｄｏｎｌｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｔａ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｉｔｃａｎｂｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔ：ｆｏｒｈｉｇｈａｎｇｌｅｏｆａｔｔａｃｋ，ｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｅｔｈｏｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｆｌｉｇｈｔｌｏａｄｓ．Keywords：ｓｔａｔｉｃａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｉｎｆｌｕ

7、ｅｎｃｅｍａｔｒｉｘ；ＣＦＤ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｔａ；ｆｌｉｇｈｔｌｏａｄｓ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｓ；ｆｌｅｘｉｂｌｅａｉｒｃｒａｆｔ［１－２］引言板气动力计算方法，都没有将飞机的非线性气动力考虑到飞机的飞行载荷计算中。目前，国外有关气现代飞机由于在高速度、低重量和高机动性等方［３－４］面的要求，结构的柔性越来越大，因而在飞机设计之动弹性问题的计算已做了大量研究，并以非线性中，气动弹性效应必须加以考虑。气动弹性分析为主要研究方向，利用计算流体力学早在２０世纪８

8、０年代，俄罗斯中央流体动力研究（ＣＦＤ）和计算结构动力学（ＣＳＤ）的最新成果，耦合求院就研究出了飞机相互作用参数综合计算方法，并利解非线性气动弹性问题。国内叶正寅、王刚、杨永年等用该方法开发了一个多学科飞机设计的综合设计软耦合求解Ｅｕｌｅｒ方程Ｎ桘Ｓ方程和气动弹性平衡方程研［５－６］件———ＡＲＧＯＮ，用于确定结构弹性变形后的飞行载究了机翼的气动弹性规律；杨国伟等基于混合网荷。９０年代后期，美国的ＭＳＣ公司推出了能够进行气格的Ｎ桘Ｓ方程和结构柔度矩阵方法耦合求解，发展了［７］动力－结构一体化耦合