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基于CFD的机翼跨音速颤振分析

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第一章 绪论

1.1流固耦合力学概述

1.2颤振问题的研究背景

1.3颤振问题的研究现状

1.4本文主要工作内容

第二章 Euler方程的求解

2.1 前言

2.2 流体控制方程

2.3 Euler方程的无量纲化

2.4 Euler方程的空间离散

2.5 Euler方程的时间离散

2.6 动网格算法

2.7 基于Euler方程的跨音速算例

2.8 本章小结

第三章 颤振方程的求解

3.1 前言

3.2 颤振方程

3.3 模态空间下的颤振计算

3.4 Newmark方法及HHT方法

3.5 本章小结

第四章 流场与结构场的联系

4.1前言

4.2流体/结构数据传递

4.3时间交互格式

4.4本章小结

第五章 机翼跨音速颤振算例

5.1前言

5.2 AGARD 445.6机翼颤振问题的验证计算

5.3带外挂机翼颤振问题的仿真计算

5.4本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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摘要

目前,基于势流气动力线化理论,采用p-k法或V-g法在频域范围内计算亚音速、超音速颤振的方法已经十分成熟。在跨音速条件下,由于气体出现较强的可压缩性和激波,气动力的线化较为困难,传统的频域方法已不再适合求解机翼的跨音速颤振问题。
  为了能够精确地计算机翼跨音速条件下的气动力,本文首先对Euler方程进行研究,阐述了基于半离散格式的空间离散、时间离散及迭代方法,并给出了弹簧网格变形及几何守恒定律的迭代格式。而后以ONERA M6机翼为例,计算了该机翼跨音速条件下的翼面气动力分布情况,计算结果与NASA风洞实验结果符合良好。
  本文采用基于CFD的流固耦合方法计算机翼的跨音速颤振问题。首先阐述了结构振动方程的模态叠加法、Newmark数值积分方法及HHT数值积分方法,并给出了相应的实施过程;然后对耦合面的数据传递方法及流场/结构场的时间交互格式进行了研究,并搭建了基于ANSYS/CFX的流固耦合颤振数值仿真平台;之后以多场耦合求解器MFX计算了跨音速颤振标准算例AGARD445.6机翼的颤振问题,计算结果与NASA跨音速风洞实验结果符合良好;最后,基于该跨音速颤振仿真平台计算了带外挂机翼的跨音速颤振,得到了典型的“跨音速凹坑图”,计算结果与国外文献一致。上述研究表明:利用基于CFD的流固耦合颤振数值仿真平台计算三维机翼的跨音速颤振是可靠的。

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