超音速下热壁板的颤振分析

首先研究了热效应对壁板结构动力学特性的影响.将基于超音速活塞理论的非定常气动力模型与壁板的结构动力学方程相结合,得到了热壁板的颤振方程.利用p-k法进行了热壁板的颤振计算,讨论了气流偏角对颤振速度的影响.数值结果表明,热效应对壁板的固有特性有较大影响,进而影响壁板的颤振特性.     

基于CFD系统辨识的气弹分析及GPU并行算法初探

通过求解Euler方程获得运动翼段的非定常流场,并用CUDA语言对流场求解器进行GPU并行计算.使用ARMA(auto-regressive-moving-average)模型对非定常气动力进行辨识,由系统辨识模型得到的结果与全阶CFD计算结果十分吻合.基于降阶气动模型与结构的耦合,计算了具有S型颤振边界的气动弹性标准算例-Isogai Wing的跨音速颤振.本文给出的方法可以在保证气动弹性计算精度的前提下大幅提高计算效率.     

民机概念设计阶段的气动弹性优化设计

针对民机气动弹性问题,进行概念设计阶段的气动弹性优化设计,尽量避免因气动弹性导致后续的设计更改甚至重新设计.以某大展弦比机翼为例,参照同类飞机初步确定结构刚度分布,并以结构重量最小化为优化目标,以颤振速度、最大变形、最大应力、发散速度的限制为约束条件,利用优化迭代方法进行气动弹性求解.结果表明,在给定的约束条件下,机翼的颤振速度满足气动弹性稳定性要求,且强度、刚度和静发散特性也都满足设计要求;同时,根据优化求解结果得到了机翼的刚度分布指标.研究结果为民机概念设计阶段的结构布局提供了依据.     

考虑舵机动力学的舵回路系统颤振特性分析

针对液压舵机动刚度特性,研究了舵回路系统(舵机系统和舵面耦合系统)的颤振特性.利用分支模态法建立了基于舵机系统动力学方程的时域和频域颤振计算模型,提出了2种考虑舵机动态特性的颤振求解方法,第1种方法思想是对舵回路系统模型在各种来流速度下进行状态矩阵的稳定性判断;第2种方法是将舵机复刚度特性包含在频域颤振方程中,使用迭代法求解该方程得到舵系统颤振特性,并验证了两种方法的可行性.分析结果显示舵机动态特性对颤振特性有着很大的影响,说明舵机动态特性使得颤振边界提高,为飞机系统设计和结构振动分析提供有用的边界支持和设计依据.     

基于ANSYS/CFX耦合的机翼颤振分析

在飞行器飞行气动特性的研究中,为避免传统方法进行颤振点预测时的"准模态"假设,能够更加准确地仿真机翼在流场中的真实运动情况,根据CFD/CSD一体化设计思想,采用了ANSYS/CFX紧耦合算法,对国际标准气动弹性模型AGARD 445.6机翼作了颤振分析,验证性地研究了亚音速和跨音速颤振机理,将仿真计算结果和实验数据进行了比较.表明耦合计算所得的颤振速度和颤振频率和实验值吻合,在亚音速阶段,机翼颤振主要是机翼的弯曲扭转耦合运动引起,而跨音速阶段则主要是机翼的弯曲运动的不稳定性引起,与理论定性分析得到的结果一致,证明ANSYS/CFX全耦合的应用为求解非线性流固耦合问题提供了有效的方法.     

基于CFD/CSD方法的亚音速平板结构气动弹性分析

采用CFD/CSD双向流固耦合算法研究平板结构的气动弹性耦合特性.首先,采用CFD/CSD算法计算平板结构的颤振临界速度,并与已有文献中的实验结果进行比较验证.然后,分别对简支和固支边界条件的三维平板结构进行气动弹性特性分析,计算不同约束情况下流场分布的变化和平板结构的位移响应.同时还考虑加肋和结构材质对平板结构气动弹性特性的影响.     

考虑迟滞非线性的高超声速飞行器颤振分析

为给飞行器颤振控制及结构设计等提供支持,利用适合复杂结构建模的动态子结构方法中的自由界面模态综合法,考虑飞行器在超声速飞行状态下高超声速流和飞行器自身结构的特点,将整个飞行器分成多个子结构;考虑飞行器机身与机翼之间相互连接构件的实际工作状况和制造工艺情况,带有间隙非线性与立方非线性相互作用所产生的迟滞非线性特性,以及阻尼因子对非线性的影响,用有限元计算软件计算各子结构的动力学特性参数和气动力分布情况,建立飞行器整机的振动微分方程以分析颤振特性．对得到的飞行器在所设工况下的振动和颤振特性及颤振临界状态进行分析,实现全机气动弹性问题的仿真计算．分析结果表明,该方法拓展高超声速飞行器颤振的计算,可为动态子结构方法应用于颤振研究提供参考．     

尾段主梁刚度变化对T型尾翼颤振特性的影响

由于T型尾翼结构和气动布局的特殊性,其颤振特性的分析比较复杂.T型尾翼安装在机身尾部,这体现在有限元结构模型中即为T型尾翼与尾段主梁相连接.为了研究尾段主梁的刚度变化对T型尾翼颤振特性的影响,以某T型尾翼飞机的尾段为研究对象,根据其原始刚度,分别改变其垂直弯曲刚度和扭转刚度,并计算分析相应刚度下的固有振动特性与颤振特性.最后分别以这两个刚度为变量,另一个刚度的原始值为常量进行分析.结果表明尾段主梁的刚度变化对垂尾弯扭耦合颤振的影响较为显著.     

基于流固耦合的叶片颤振分析

研究航空发动机性能问题,叶片颤振过程属于流固耦合问题,为了对叶片颤振进行预测和分析,保证发动机稳定,在提出对流固耦合原理和求解过程进行分析的基础上,采用 ANSYS 进行结构计算,CFX 进行流场计算,并利用两者间的数据交互平台传递流场压力载荷和结构位移数据,实现了流固耦合数值仿真计算.在不同来流速度及攻角下进行叶片和流场的耦合计算,根据得到的叶片振动位移响应判断叶片是否会发生颤振.计算结果表明,颤振频率与叶片低阶固有频率一致,证明来流速度和攻角是影响叶片气动弹性稳定性的重要因素,并可做为叶片颤振的预测依据.     

参数耦合下风力发电机叶片机械颤振检测研究

受气候、风速等因素影响,会使风力发电机叶片的运行条件发生较大变化,增加了颤振检测的难度。为此,该文提出参数耦合下风力发电机叶片机械颤振检测方法。建立风力发电机叶片结构模型,推导结构动力学方程,并利用优化后的参数耦合算法对其求解,获取非稳态气动载荷,通过动力学模型反馈得到叶片的结构响应和振动情况;构建非稳态气动降阶模型,采用能量法分析叶片的结构响应与气动载荷的时域或频域,计算能量交换角度,确定叶片的颤振程度,实现颤振检测。实验结果表明,该方法气动阻尼系数计算结果准确、检测正确率高、计算时间短。     

面向控制的弹性体高超声速飞行器建模与分析

针对高超声速飞行器建模中气动-推进-弹性结构之间的耦合问题, 给出飞行器综合建模方法. 利用空气动力学相关理论估算气动力、推力及弹性模态, 建立了高超声速飞行器弹性体机理模型和面向控制模型, 分析了气动加热和质量变化对飞行器弹性模态的影响及纵向气动特性. 实验结果表明, 气动加热和质量变化对弹性模态影响显著, 面向控制模型能降低模型的复杂度, 保留机理模型的耦合特性, 并为控制器设计提供模型依据.

     

再入系统的热流分析

针对再入过程中返回舱体存在严重的气动热问题,提出一种新型再入系统.通过建立减速系统的阻力估算模型和求解动力学方程,分析再入过程的速度特性和驻点热流密度,计算结果与文献算例数据吻合,验证飞行器再入过程的热流特性.采用Euler数值计算与边界层内工程算法相结合的方法计算充气阻力罩表面热流密度,结果表明热流密度在驻点附近较大,远离驻点后迅速减小.     

超声速旋转火箭弹气动特性仿真和分析

采用CFD方法,基于剪切应力输运（Shear Stress Transport,SST）湍流模型,求解大长细比卷弧翼火箭弹在超声速情况下的气动力和气动热问题．对火箭弹流场进行数值计算,与实验数据进行对比．采用薄壁模型模拟结构耦合传热,计算在一定海拔和旋转情况下火箭弹的气动加热,并与不旋转的情况进行对比．计算结果表明该数值方法能较好地计算气动力因数和气动热分布．在特定的低转速和海拔情况下的火箭弹温度分布比不旋转的稍微大一点,在旋转情况下的火箭弹尾部截面压力分布不对称,尾部流线更加紊乱;弹头和尾翼前缘温度较高,应当在火箭弹设计中予以考虑．     

飞行器气动力参数辨识

基于飞行器法向过载方程,首先采用逐步回归分析方法对气动力系数的多元线性回归模型进行因子筛选,确定气动模型结构,然后用逐步回归分析法的结果作为初值,用实时递推最小二乘法估计气动力参数。     

机翼气动结构耦合数值分析方法

针对机翼的静气动弹性问题,为准确预测其气动特性,研究一种实用有效的气动结构耦合仿真方法.以客机机翼设计为例,通过机翼的静气动弹性问题分析和机翼的气动结构耦合分析流程的分解,建立参数化、自动化、模块化的气动结构耦合仿真分析平台.该平台的流程包括基于全速势方程的气动分析、基于MSC Nastran的结构仿真、应用MATLAB的载荷到结构模型的传递、结构变形向气动外形的映射等环节.算例表明该方法能较好地解决机翼的静气动弹性分析问题.     

电磁轨道炮外弹道建模与仿真研究

针对电磁轨道炮在发射时存在初始扰动,飞行时由于速度极大引起气动烧蚀改变气动外形,因此有必要建立电磁轨道炮外弹道数学模型,分析其外弹道特性.通过分析了电磁轨道炮外弹道建模方法,建立了电磁轨道炮的外弹道数学模型.根据不同技战术指标建立初始随机概率模型,用Monte Carlo方法对电磁轨道炮的外弹道特性进行仿真.仿真结果给出了一定散布范围内的高低概率误差和方向概率误差,对电磁轨道炮武器系统设计指标的提出有参考价值.     

Thermal stress analysis of reentry vehicle nosetips at angle of attack

The ASAAS (Asymmetric Stress Analysis of Axisymmetric Solids) computer program is applied to the prediction of thermal stresses in a reentry vehicle nosetip subjected to asymmetric temperature distributions and angle-of-attack loadings during reentry. This three-dimensional stress analysis computer program has the unique capability of properly accounting for the circumferential variation of temperature dependent material properties. It is based on a meridional finite element discretization of an axisymmetric solid combined with a Fourier series representation of circumferentially dependent variables. In contrast with similar methods where material properties cannot be expressed as a function of temperature, this method requires that the large system of equations be solved simultaneously. This is handled efficiently in ASAAS by several newly developed approaches to stiffness matrix generation and simultaneous equation solution.

The nosetip analyzed is fabricated from an orthotropic, temperature dependent graphite material that is susceptible to thermal shock. Analyses are performed at several points in a trajectory and the effects of both aerodynamic heating and pressure loading are considered. The complete states of temperature, stress, strain and displacement throughout the graphite material are obtained as a product of ASAAS. Results are presented in the form of meridional contour plots at selected circumferential stations.

The usefulness of ASAAS in performing angle-of-attack analysis of nosetips is evaluated by comparison to an axisymmetric analysis based on single ray heating. In addition, the convergence of solutions with increasing numbers of harmonics is demonstrated and computer run times are discussed.     

Helmholtz共振腔气动噪声数值仿真

为探究出一套完整、准确的气动噪声仿真方法,用FLUENT和Actran仿真Helmholtz共振腔旁接管道系统模型.针对流场仿真,采用六面体网格建模,分析选择合适的网格密度,明确网格及边界条件的影响,以获得准确的声源信息;运用Lighthill声类比方法对声场进行仿真,采用数值计算、传声损失仿真和气动噪声仿真计算等3种方法提取管道内部场点声压级频谱曲线,分析曲线峰值频率特征,包括共振频率分析和声模态分析等.采用CFD软件与声学仿真软件相结合的方法,可以有效进行流场和声场的仿真.     

压气机气动失稳先兆检测快速算法的研究

要对压气机气动失稳进行在线预警和主动控制,就必须能够准确、及时地检测到失稳先兆.对某型发动机的压气机气动失稳前后出口总压信号的方差进行了详细分析,结果证实:压气机进入失稳以前,压力信号的方差有一明显的增长过程,在失稳前0.04 s检测到失稳先兆.在方差分析法的基础上对方差法进行了改进,改进的方差法比方差法提前0.07 s检测到失稳先兆,并有运算量小、运算速度快的优点,可用于工程实际,实现对压气机气动失稳的主动控制.     

A method for the identification of nonlinear components of the thermal conductivity tensor for anisotropic materials

A method is proposed for the numerical solution of coefficient inverse problems on nonlinear heat transfer in anisotropic materials used for heat shielding in the aerodynamic heating of hypersonic craft (HC). The main characteristics of anisotropic heat-shielding materials at high temperatures are the components of a nonlinear thermal conductivity tensor that are to be restored based on the results of the experimental measurements of the temperature in space-time nodes. The proposed method is based on the alternating direction method with extrapolation of the numerical solution of heat transfer problems, the method of parametric identification, and the gradient descent method. The results have been obtained for the reconstruction of components of a thermal conductivity tensor for carbon-carbon composite material using the experimental values of the nonlinear heat conduction of these materials. The method can be employed for restoring other numerous thermophysical characteristics of composite materials. The obtained results of the numerical experiments on the identification of components of a thermal conductivity tensor of composite materials in a two-dimensional space are presented and discussed.