三角翼大迎角動(dòng)態(tài)氣動(dòng)特性及結(jié)構(gòu)抖振數(shù)值模擬.pdf

1、三角翼和雙三角翼一類的氣動(dòng)部件提供的渦升力可有效地改善大迎角過(guò)失速機(jī)動(dòng)飛行性能，為現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)廣泛采用。然而，當(dāng)迎角過(guò)大時(shí)，三角翼前緣渦發(fā)生破裂，高度紊亂的氣流可能造成飛行器結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈振動(dòng)。本文針對(duì)三角翼大迎角分離渦破裂前的集中渦系的動(dòng)態(tài)特性和渦破裂后的飛行器抖振特性，開展了一系列的數(shù)值模擬研究。主要的研究工作和結(jié)論如下：
　　1.實(shí)現(xiàn)了對(duì)三角翼大迎角動(dòng)態(tài)流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，計(jì)算方法充分考慮了粘性效應(yīng)造成的高次分離渦結(jié)構(gòu)，并具有模擬翼面

2、運(yùn)動(dòng)時(shí)的非定常流場(chǎng)的能力，為論文后續(xù)的各項(xiàng)研究奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)Hummel76°后掠尖前緣三角翼模型考核了數(shù)值方法對(duì)三角翼主分離渦以及粘性效應(yīng)導(dǎo)致的二次、三次分離渦的捕捉能力，以76°后掠前翼/40°后掠主翼的雙三角翼模型驗(yàn)證數(shù)值方法對(duì)渦-渦干擾的模擬能力。通過(guò)AGARD CT5算例考核了數(shù)值方法的非定常計(jì)算能力。
　　2.研究了幾何構(gòu)型對(duì)三角翼俯仰與滾轉(zhuǎn)特性的影響。數(shù)值模擬了60°后掠單三角翼、80°后掠前翼/60°后掠主翼的雙

3、三角翼、80°后掠前翼/40°后掠主翼的雙三角翼和翼身組合四種外形的俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)比分析了各外形振蕩運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)及氣動(dòng)響應(yīng)變化規(guī)律，重點(diǎn)考察了邊條、后掠角和柱狀機(jī)身三種幾何形狀對(duì)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)時(shí)滯效應(yīng)和氣動(dòng)響應(yīng)時(shí)滯環(huán)的影響，獲得了大量復(fù)雜流場(chǎng)分析結(jié)論。
　　3.根據(jù) Volterra級(jí)數(shù)理論，發(fā)展了一種二階非線性氣動(dòng)力降階模型。利用小波壓縮Volterra核，減少辨識(shí)參數(shù)個(gè)數(shù)和模型記憶長(zhǎng)度，通過(guò)辨識(shí)二維翼型俯仰和沉浮運(yùn)動(dòng)的非定常氣動(dòng)

4、響應(yīng)，考核了方法對(duì)非線性氣動(dòng)力的辨識(shí)效果。在此基礎(chǔ)上，辨識(shí)了76°后掠尖前緣三角翼振蕩運(yùn)動(dòng)的非定常氣動(dòng)力和力矩系數(shù)響應(yīng)。
　　4.實(shí)現(xiàn)了流體/結(jié)構(gòu)耦合的氣動(dòng)彈性時(shí)域仿真。詳細(xì)闡述了耦合計(jì)算的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括：流體/結(jié)構(gòu)兩場(chǎng)的松耦合方式，結(jié)構(gòu)求解的模態(tài)疊加法和耦合數(shù)據(jù)傳遞方法。給出了氣動(dòng)彈性時(shí)域仿真框架，并通過(guò)氣動(dòng)彈性標(biāo)模驗(yàn)證了耦合計(jì)算方法的可靠性。進(jìn)一步引入滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程，形成了流體/結(jié)構(gòu)/滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的耦合計(jì)算系統(tǒng)。
　　5.

5、研究了渦破裂誘導(dǎo)的垂尾抖振特性。利用流體/結(jié)構(gòu)耦合仿真程序，數(shù)值模擬了一個(gè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的垂尾在76°后掠三角翼的渦破裂流場(chǎng)中的抖振響應(yīng)，研究了來(lái)流迎角30°和40°時(shí)渦破裂流對(duì)對(duì)垂尾各階結(jié)構(gòu)模態(tài)的激勵(lì)作用及垂尾彎扭變形特性，結(jié)果表明，垂尾抖振的位移響應(yīng)幅值較小，但造成了很大的加速度響應(yīng)。此外，隨著迎角的增加，渦破裂流頻帶帶寬明顯增加，脈動(dòng)能量峰值向低頻段移動(dòng)，流場(chǎng)對(duì)低頻模態(tài)的激勵(lì)作用大幅增強(qiáng)，抖振位移和加速度響應(yīng)的幅值大幅增加。