飞行器刚体运动与气动弹性相互作用问题研究

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1、第4l卷第5期航卒计算技术Vol41No．52011年9

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3、L】AeronaulicalComputing7FechniqueSep201l飞行器刚体运动与气动弹性相互作用问题研究梅睿，叶正寅(西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室，陕西西安710072)摘要：通过联立求解空气动力学基奉方程、飞行动力学运动方程和弹性结构振动方程，在时间域内模拟和分析了大履弦比飞机纵向动力学稳定性问题。结合动网格技术。气动力计算采用基于欧拉方程的计算流体力学方击，结构变形和飞行姿态位置变化统一为模态表示方法，通过松耦合将飞行器姿态稳定性和结构变形稳定性施行

4、了模拟。以某大展弦比机翼飞机为算例，研究了其刚体运动和机翼的弹性振动的相互影响结果表明：对于具有大展弦比机翼的飞机，其机翼的低阶弹性模态易与飞机飞行中本身的刚体模态发生耦舍，从而导致飞机机翼的气动弹性发散以厦飞机本身刚体运动稳定性的改变对于这类飞机，在其气动弹性和飞行稳定性的分析和设计中必须充分考虑到两种运动的相互影响，关键词：飞行稳定性：气动弹性；CFD；大展弦比机翼中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671—654X(加11)05—0052—04ResearchonInteractionofRigidMotionandAeroelast

5、icityofAircraftMElRui，YEZheng—yin(NationalKeyLaboratoryofAerodynamicDesignandResearch，NPU，Xi’an710072，China)Abstract：Theproblemoflongitudinaldynamicstabilityofaircraftwithhighaspectratiowinginthetime—domainissimulatedandanalyzedbymeansofsolvingtheaerodynamicequations，flishtdyna

6、micequa—tionsandstructurevibrationequationssimultaneously．Basedonadynamicmeshtechnique，weusetheunsteadyEulerequationstocalculatetheaerodynamicforce．Thenweestablishamodeltoexpressboththedeformationandthefljghtpositionchange，wesimulatethedynamicresponsesofthestructurevibra-tionsa

7、ndrigidflightmotionbymeanoftheloosely·coupledmethodology．Usingthisapproach，westudytheinteractionofflightrigidmotionandaeroelasticityforanaircraftwithhighaspectratiowing．Itisshownfromtheresultsthatitsloworderelasticmodeistendtocoupledwiththefli【shtrigidmode，andtheunstabilitiesof

8、boththeflightrigidmotionandtheaeroelasticityappear．Forthiskindofaircraft，theinter-actionofrigidflightmotionandaeroelasticilyshouldbepaidenoughattentionintheanalysisprocess．Keywords：flightstability；aeroelastieity；CFD；highaspectratiowing引言现代飞行器设计日益追求更轻的结构重量、更大的机动性，这使得气动弹性问题越来越突出，

9、原来气动弹性问题只是作为飞行器设计好之后的一种校核，而现在往往需要单独设计。气动弹性分析研究结构本身的变形，考虑气动力、惯性力和弹性力之间的相互作用，属于气动弹性力学范畴；而对于飞行器本身所做的一些刚体运动，如纵向的沉浮、俯仰运动，航向的偏航运动，横向的滚转运动等，属于传统E行动力学的范畴，在分析这些运动时传统上一般不考虑结构变形，只是飞行器本身刚体姿态的变化，它们是气动力和惯性力相互作用的力学行为。按传统意义上来讲，这是两门独立的学科，分别研究飞行器的弹性运动形态和刚体运动形态”。’。对于一般的飞行器，因为刚体运动较缓慢，气动弹性的运动频率则高得多

10、，所以认为这两个方面的力学问题互不影响。随着现代飞行器设计的日益发展，在一些具有大展弦比机翼的飞机上，fB现