机翼气动弹性湍流数值模拟和阵风响应功率谱法

摘要

本文对机翼气动弹性湍流数值模拟和阵风响应功率谱法进行了研究。文章使用雷诺平均湍流模型求解了二维翼型截面的颤振导数。所采用的流固耦合分析方法可以潜在用于求解各种流动条件，包括跨音速和超音速下气动弹性问题，Delta翼等三维翼型的颤振分析。采用CFD数值风洞，计算结构简谐运动下的气动力，识别湍流场中NACA0012翼型的颤振导数。结果表明：得到的颤振导数与Theodorsen理论值趋向一致；个别颤振导数上存在的差异是由于在数值方法中考虑了粘性，且所选翼型具有一定的厚度。这与Theodorsen所假设的二维势流、小扰动和理想平板等假设有本质不同。这种差异会随着流动条件的变化和三维效应的介入而逐渐增大，说明数值方法具有更宽广的应用范围。比较了不同振幅与振动周期下识别的颤振导数，以验证小扰动假设的使用范围。适当增加振动周期下的颤振导数更准确。减小强迫振动振幅使振动更趋向于小变形后，颤振导数更趋向于Theodorsen解。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2研究背景及意义

1.3本文的主要工作

2二维薄翼的非定常气动力

2.1引言

2.2片条理论

2.3颤振

2.4结构运动产生非定常气动力

2.4.1 Wagner函数

2.4.2 Theodorsen函数的升力表达式

2.5阵风载荷

2.5.1阵风场诱导产生的非定常气动力

2.5.2简谐阵风的气动力

2.6小结

3颤振导数识别

3.1引言

3.2流固耦合算法

3.3网格控制

3.4湍流模型

3.5颤振导数及其识别

3.5.1颤振导数

3.5.2颤振导数的识别

3.6 NACA0012翼型颤振导数的识别

3.7小结

4机翼的阵风响应

4.1引言

4.2虚拟激励法

4.2.1平稳随机激励

4.2.2非平稳随机激励

4.2.3虚拟激励法的特点

4.3大气紊流

4.3.1大气紊流速度

4.3.2大气紊流的频谱特性

4.3.3大气紊流的空间频谱和时间频谱

4.4阵风气动力作用下机翼的振动分析

4.5复合材料机翼的阵风响应功率谱法

4.6算例

4.7小结

结 论

研究工作总结

研究工作展望

参考文献

附录A八个颤振导数图表

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢