基于CFD/CSD耦合的间隙非线性气动弹性数值研究

Abstract

在飞行器操纵面的铰链处往往存在间隙非线性,会导致在低于线性颤振速度下就出现了流固耦合振动,如极限环振荡。对于实际工程应用,结构模型往往是三维的,流动也是复杂的,会存在跨音速流动、粘性效应等气动非线性因素。建立基于计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合的间隙非线性气动弹性分析方法(JSV, 494 (2021), 115896)。流场网格变形采用径向基函数方法,减缩结构运动方程的建立采用虚拟质量法,间隙非线性切换点的捕捉采用二分法,通过二分法确定的自适应时间步长要返回到CFD程序,从而实现CFD和CSD的耦合。对一类典型的三维全动舵面进行气动弹性分析,对本文提出的CFD/CSD耦合方法与传统基于面元法的等效线性化方法进行比较。讨论极限环振荡、初始条件影响、时滞现象、倍频响应、粘性效应、跨音速凹坑等问题。对跨音速条件下开展极限环临界速度计算,发现极限环临界速度同样存在跨音速凹坑。计算表明,极限环的跨音速凹坑比传统线性颤振的跨音速凹坑下降将近50%