基于非结构网格的跨声速静气动弹性计算

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1、第43卷第l期2013年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．1Jall．2013基于非结构网格的跨声速静气动弹性计算董军，卢晓杨，侯良学(中航工业空气动力研究院高速高雷诺数气动力航空科技重点实验室，辽宁沈阳110034)摘要：基于非结构网格开发了静气动弹性计算程序，通过气动力与弹性变形的交替迭代计算实现流固耦合。气动力求解采用RANs方程，结构变形计算采用柔度系数法，通过面样条(IPS)方法进行柔度系数插值，使用改进弹簧近似法实现网格变形。通过对AGARD445．6机翼的静气弹计算验证了方法的正确性，同时对机翼的静气动弹性

2、特性进行了分析，计算表明，弹性变形使其升力线斜率下降、焦点前移。关键词：静气动弹性；跨声速；RANS方程；非结构网格中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671—654x(2013)0l一0009．04Tra璐ollicStaticAer∞l嬲ticCalclllationB嬲edonU嬲tmcturedGridDONGJun，LUXiao—yaflg，HOU“ang—xue(日曾危勋eed魄^’尺唧ZdsⅣum6erAer0口b仍口m如如60r口幻形，Aero而竹nm记s尺酷e口rc^，ns￡i￡M把，AWC，航e，咿ng110034，现i眦)Abstract：Th

3、estaticaemelasticcalculationpro铲ambasedonunstlllcturedgridwasdeveloped．Theynuid—stmcturecouplingwasachivedbyiterativecalculationsofaerodynamicforceandstructrIledef0珊ation．711leaerodynamicforcewass01vedusingRANSequationsandthestmcturedefo瑚ationwaScalculatedbynexiblematrix．Thenexiblematrixwasin

4、te叩olatedbyIPSmethod，andthegridwasdefo硼edbyim-proVedspringmethod．TheprogramwasValidatedbycalculationofAGARD445．6wing，andthestaticaemelasticityofthiswingwasanalysedwhichindicatedt}lattheelasticdef0硼ationmakesliftcunreslopedescendingandaerodynamicfocusmovingahead．Keywords：staticaemelasticity；tr

5、ansonic；RANS；unstmcturedgrid引言飞机结构都具有一定的柔性，尤其是大展弦比飞机，在气动载荷的作用下会产生一定的变形。这种变形使得飞机载荷分布及气动特性发生变化，有可能降低飞机的气动性能和稳定性，甚至导致机翼发散、操纵面反效，严重影响飞行安全。因此设计飞机时考虑其静气动弹性影响就显得尤为重要。通过风洞试验来研究飞机静气弹性能，由于其模型设计困难、测量技术难度大且成本高等因素而很难开展，使得通过数值模拟的方法来研究静气弹问题成为主流。静气弹效应是由气动力和结构变形相互耦合作用产生的，因此数值模拟要将计算流体力学(cFD)与计算结构力学(CSD)进行耦合迭代计

6、算。现有的一些商业计算软件，如NAsTRAN，zAERO等，气动力计算都是采用线性方法，在低速及亚声速范围内是合理的，但在跨声速范围内，流场表现高度的非线性，线性化假设不再适用，必须采用Euler方程或N．S方程计算才能得到较为准确的气动力。本文采用基于非结构网格的自研求解器，开发了静气动弹性计算程序，气动力的求解采用雷诺平均N．s方程，结构计算采用柔度矩阵方法，通过算例计算对本文方法进行了验证，同时分析了弹性变形对气动特性的影响。l气动力计算1．1控制方程由于静气动弹性计算只关心最终结果，对整个变化过程不关心，因此气动力的计算采用定常方法，本文在非结构网格上进行定常气动力计算，

7、控制方程为RANS方程，其积分形式为⋯：景厶wdQ+虹(F。一F。)山=o(1)收稿日期：2012一12—10作者简介：董军(1963一)，男，河北唐山人，研究员，主要研究方向为计算流体力学。·10·航空计算技术第43卷第1期w=[p，p“，∥，p叫，pE]’F。=pypuy+凡。p印V+n，pp伽y+n：JPpHv，F。=0nJ丁』，+ny7-吖+n：下盯nz丁"+ny丁w+凡：r"，zz丁“+ny7_掣+凡：下盟n。9。+n，@，+n：@：(2)i点的变形可由柔度系数表示为：