基于CFD的机翼突风响应计算

doi:CNKI:11-1929/V.20101229.1627.002

流体力学与飞行力学

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 | 后一篇

基于CFD的机翼突风响应计算

顾宁, 陆志良, 张家齐, 郭同庆

南京航空航天大学空气动力学系, 江苏南京 210016

收稿日期:2010-08-31 修回日期:2010-10-22 出版日期:2011-05-25 发布日期:2011-05-19
通讯作者: Tel.:025-84892680 E-mail: luzl@nuaa.edu.cn E-mail:luzl@nuaa.edu.cn
作者简介:顾宁(1985- ) 男,博士研究生。主要研究方向:计算流体力学。 E-mail: guning2010@hotmail.com陆志良(1963- ) 男,教授,博士生导师。主要研究方向:计算流体力学,气动弹性力学。 Tel: 025-84892680 E-mail: luzl@nuaa.edu.cn 张家齐(1984- ) 男,硕士研究生。主要研究方向:计算流体力学。郭同庆(1975- ) 男,副教授。主要研究方向:计算流体力学。
基金资助:
国家"973"计划(2007CB714600)

CFD-based Analysis for Gust Response of Aircraft Wing

GU Ning, LU Zhiliang, ZHANG Jiaqi, GUO Tongqing

Department of Aerodynamics Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2010-08-31 Revised:2010-10-22 Online:2011-05-25 Published:2011-05-19

摘要/Abstract

摘要： 利用网格速度理论,计算机翼在锐边突风和1-cos突风下的响应,研究气动非线性和自由度耦合对翼尖加速度和升力系数的影响。采用中心格式有限体积法进行空间离散,并用双时间推进法求解非定常Euler方程。计算了刚性(沉浮)和弹性机翼在锐边突风下的加速度响应,以及刚性机翼(沉浮+俯仰)在1-cos突风下的升力响应过程,并分别与片条理论和六自由度方程的计算结果比较。在低马赫数时,各种方法得到的结果符合得很好,直接验证了网格速度方法在三维弹性和刚性机翼突风响应计算中的准确性,为计算流体力学(CFD)技术在突风响应计算中的应用打下基础。从高马赫数时CFD计算得到的结果可以看出,气动非线性对于机翼突风响应的结果影响比较大,在实际突风响应计算中必须考虑由于非线性带来的影响,而六自由度方程中各个自由度的耦合作用对升力的影响不大。

关键词: 突风响应, 片条理论, 有限体积法, Euler方程, 六自由度方程, 弹性机翼, 模态叠加法

Abstract: The grid speed method is used to calculate the sharp-edged and 1-cos gust response of wing configuration using computational fluid dynamics (CFD) tools. The spatial discretization of the Euler equations is performed using the central scheme, and time integration was implemented by the dual time-stepping approach. The sharp-edged gust response analysis of both rigid (plunge) and elastic wing configurations is performed, and the acceleration response is calculated and compared with the strip theory results. The 1-cos gust response analysis of rigid (plunge and pitch) wing configuration is performed, and the lift response is calculated and compared with the six degree of freedom (6-DOF) equation results. The results indicate that at low Mach numbers the application of the grid speed method is an effective way to simulate gust responses. At high Mach numbers, however, nonlinear infection is a very important aspect in the simulation of gust response of wing configurations which should be considered in practical applications,while the coupling in 6-DOF equation does not seriously affect the calculated lift history.

Key words: gust response, strip theory, finite volume method, Euler equation, six degree of freedom equation, elastic wing, modal superposition method

中图分类号:

V211.47

顾宁, 陆志良, 张家齐, 郭同庆. 基于CFD的机翼突风响应计算[J]. 航空学报, 2011, 32(5): 785-791.

GU Ning, LU Zhiliang, ZHANG Jiaqi, GUO Tongqing. CFD-based Analysis for Gust Response of Aircraft Wing[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2011, 32(5): 785-791.

参考文献

[1] 谢正桐, 周文伯. 超声速机翼-尾翼对突风动态响应的数值方法[J]. 空气动力学学报, 1996, 14(3): 344-348. Xie Zhengtong, Zhou Wenbo. A numerical methodof the wing-tail combination unsteady response to gust[J]. Acta Aerodynamica sinica, 1996, 14(3): 344-348. (in Chinese)

[2] 詹浩, 钱炜祺. 翼型和机翼阵风响应的数值模拟[J].空气动力学学报, 2007, 25(4): 531-536. Zhan Hao, Qian Weiqi. Numerical simulation of gust response for airfoil and wing[J]. Acta Aerodynamica sinica, 2007, 25(4): 531-536. (in Chinese)

[3] 詹浩, 钱炜祺. 弹性机翼阵风响应数值计算方法[J]. 计算力学学报,2009,26(2): 270-275. Zhan Hao, Qian Weiqi. Numerical simulation on gust response of elastic wing[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2009, 26(2): 270-275. (in Chinese)

[4] Yang G W. Numerical analyses of discrete gust response for an aircraft[J]. Journal of Aircraft, 2004, 41(6): 1353-1359.

[5] Revah D E. CFD-based models of aerodynamic gust response[J]. AIAA Journal, 2007, 44(3): 888-897.

[6] Revah D E. CFD-based gust response analysis of free elastic aircraft[J]. ASD Journal, 2010, 2(1): 23-34.

[7] Singh R, Baeder J D. Direct calculation of three dimensional indicial lift response using computational fluid dynamics[J]. Journal of Aircraft, 1997, 34(4): 465-471.

[8] Parameswaran V, Baeder J D. Indicial aerodynamics in compressible flow-direct computational fluid dynamic cal- culation[J]. Journal of Aircraft,1997,34(1):131-133.

[9] 郭同庆. 复杂组合体跨音速非定常气动力和颤振计算. 南京:南京航空航天大学航空宇航学院, 2006. Guo Tongqing. Transonic unsteady aerodynamics and flutter computations for complex assemblies. Nanjing: College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2006. (in Chinese)

[10] 郁嘉, 林贵平, 吴铭. 弹射座椅减速性能的数值仿真计算[J]. 航空学报, 2006, 27(6): 1033-1038. Yu Jia, Lin Guiping, Wu Ming. Numerical simulation of deceleration performance of ejection seat[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2006, 27(6): 1033-1038. (in Chinese)

[11] Jaiman R, Geubelle P, Loth E. Stable and accurate loosely-coupled scheme for unsteady fluid-structure interaction. AIAA-2007-0334, 2007.

[12] Farhat C, Lesoinne M. Two efficient staggered algorithms for the serial and parallel solution of three-dimensional nonlinear transient aeroelastic problems[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2000, 182(3-4): 499-515.

[13] 赵永辉. 气动弹性力学与控制[M]. 北京:科学出版社,2007:219-229. Zhao Yonghui. Aeroelastical mechanics and control[M]. Beijing: Science Press, 2007: 219-229. (in Chinese)

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

[1]	王海峰, 刘坤澎, 江泓鑫, 杜晨曦. 螺旋桨多设计点气动优化方法和变桨距角策略[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 528831-528831.
[2]	魏雁昕, 刘君. 一种基于面元梯度重建的格心型有限体积空间离散方法[J]. 航空学报, 2024, 45(1): 128541-128541.
[3]	曹文博, 刘溢浪, 张伟伟. 基于降阶模型和梯度优化的流场加速收敛方法[J]. 航空学报, 2023, 44(6): 127090-127090.
[4]	刘君, 韩芳, 魏雁昕. 应用维数分裂方法推广MUSCL和WENO格式的若干问题[J]. 航空学报, 2022, 43(3): 125009-125009.
[5]	任伟杰, 谢文佳, 田正雨, 张烨, 于航. 高超声速数值激波失稳的网格依赖性[J]. 航空学报, 2021, 42(S1): 726376-726376.
[6]	肖光明, 张超, 桂业伟, 杜雁霞, 刘磊, 魏东. 基于TLBM-FVM耦合的飞行器舱内热环境跨尺度预测方法[J]. 航空学报, 2021, 42(9): 625710-625710.
[7]	卢昱锦, 肖天航, 邓双厚, 支豪林, 朱震浩, 陆召严. 着水初始条件对水陆两栖飞机着水性能的影响[J]. 航空学报, 2021, 42(7): 124483-124483.
[8]	邹东阳, 林敬周, 黄洁, 刘君. 面向三维激波问题的装配方法[J]. 航空学报, 2021, 42(3): 124141-124141.
[9]	常思源, 白晓征, 崔小强, 刘君. 一种改进的非定常激波装配算法[J]. 航空学报, 2020, 41(2): 123498-123498.
[10]	李佳伟, 王江峰, 杨天鹏, 李龙飞, 王丁. “Ⅳ型”激波干扰中流-热-固耦合问题一体化计算分析[J]. 航空学报, 2019, 40(12): 123190-123190.
[11]	金禹彤, 陈吉昌, 卢昱锦, 肖天航, 童明波. 楔形体入波浪水面数值模拟[J]. 航空学报, 2019, 40(10): 122854-122854.
[12]	范中允, 周洲, 祝小平, 王睿, 王科雷. 高鲁棒性的螺旋桨片条理论非线性修正方法[J]. 航空学报, 2018, 39(8): 121869-121869.
[13]	江中正, 赵文文, 袁震宇, 陈伟芳. 基于非线性耦合本构关系的改进边界条件[J]. 航空学报, 2018, 39(10): 122057-122057.
[14]	刘君, 董海波, 刘瑜. 化学非平衡流动解耦算法的回顾与新进展[J]. 航空学报, 2018, 39(1): 21090-021090.
[15]	卢昱锦, 肖天航, 李正洲. 高速平板着水数值模拟[J]. 航空学报, 2017, 38(S1): 721498-721498.

基于CFD的机翼突风响应计算

CFD-based Analysis for Gust Response of Aircraft Wing

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价