收藏本站
《南京航空航天大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性数值模拟

陈龙  
【摘要】:基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性数值模拟方法是直升机空气动力学研究的重点和难点之一。本文针对其中的关键问题,发展了适用于直升机旋翼流场数值模拟的高效CFD方法和旋翼桨叶结构动力模型,建立了考虑旋翼配平和弹性的CFD/CSD耦合数值模拟方法,并开发了相应的通用计算程序。 发展了一套适用于可压/不可压、定常/非定常粘性流场的高效、统一的数值模拟方法。以混合网格有限体积法为基础,使用Median-Dual格点格式离散控制体,空间离散为二阶精度。对流通量计算格式有JST、Roe和HLLC等格式。湍流模型包含一方程SA模型和两方程SST模型,并加入DES和物面函数选项。时间离散采用LU-SGS和二阶时间精度的双时间步长方法,并引入低速预处理加速收敛技术。研究发展了适用于旋翼桨叶、固定翼飞行器弹性变形的Delaunay图映射新型动网格方法,并结合对辅助点的弹簧变形,提高该方法的变形效率和网格质量。发展了格点格式滑移网格方法,以适应旋翼前飞条件下的数值模拟需要。针对并行计算环境、混合/非结构网格区域分裂方法、分区边界处理策略、隐式并行方法进行研究,发展了一套基于隐式Hybrid LU-SGS方法的高效并行计算技术。通过若干算例对精度、收敛性、隐式LU-SGS收敛效率、并行加速比、并行效率、数值格式、湍流模型、低速预处理方法、动网格方法和滑移网格方法进行验证。 耦合CFD方法和结构模态方程进行气动弹性数值模拟研究。结合CFD/CSD耦合过程中采用的力和位移精确插值的薄平板样条法、无限平板样条法、常体积转换法,讨论了CFD/CSD耦合策略中松耦合、紧耦合和改进松耦合对颤振边界预测的影响。并考核AGARD 445.6机翼静气弹和颤振算例。计算结果表明RANS计算得到的颤振边界要优于使用Euler计算得到的结果,这种优势在跨声速和超声速段表现得尤为突出。 桨叶结构模型可认为是耦合挥舞、摆振、弹性扭转和轴向变形运动的非线性中等变形梁。引入无量纲原则和量级约定推导并建立了桨叶非线性动力学方程。基于哈密顿原理分别对空间和时间进行有限元离散,从而进行桨叶响应的求解。 通过旋翼稳态飞行的受力平衡推导出旋翼飞行配平方程,并给出配平方程的求解方法。发展了基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性计算方法,使用松耦合在以旋转周期(每周期或每次桨叶滑过)为单位进行旋翼流场气动力和结构响应的数据交换,经过若干周期迭代得到配平的稳态结果。通过悬停和前飞算例对本文所发展的耦合程序进行验证。数值模拟结果表明旋翼非定常流场的精确分析是需要考虑桨叶弹性效应的。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:V211.47

手机知网App
【参考文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 肖中云;旋翼流场数值模拟方法研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年
2 韩忠华;旋翼绕流的高效数值计算方法及主动流动控制研究[D];西北工业大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范西昆;王永良;陈辉;李强;母其勇;;并行实现空时自适应算法[J];电子学报;2005年12期
2 李肯立;姚凤娟;李仁发;许进;;基于分治的背包问题DNA计算机算法[J];计算机研究与发展;2007年06期
3 周启海;;论二维点集或线段集凸壳生成算法改进与优化的同构化方向[J];计算机科学;2007年07期
4 李肯立;李仁发;李庆华;;背包问题无存储冲突的并行三表算法[J];计算机学报;2006年02期
5 陈国良;孙广中;徐云;郑启龙;吴俊敏;;精品课程“并行计算”的建设[J];中国大学教学;2006年01期
6 张军,谭俊杰,任登凤;HLLC方法在三维非结构网格上的应用[J];南京航空航天大学学报;2004年05期
7 陆楠,陆春一,周春光;快速发现关联规则挖掘算法的并行化方法[J];深圳大学学报(理工版);2005年04期
8 崔小燕;;Linux集群系统分析[J];西安邮电学院学报;2006年05期
9 张国义,房明惠,黄刘生,陈国良;树状河网非恒定流的一则并行直接数值解法[J];系统仿真学报;2004年12期
10 刘暾东,钟诚,宋健,漆随平,方廷健;基于模糊内模的自适应控制算法的并行处理[J];系统工程与电子技术;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 H.Yamashita;T.Saito;K.Takayama;;Numerical investigations of volcanic eruption and prodution of hazard maps[A];Proceedings of the 24th International Symposium on Shock Waves Volume2[C];2004年
2 K.Takayama;;A robust and simple upwind scheme:a way to resolve contact discontinuities and suppress the carbuncle instability[A];Proceedings of the 24th International Symposium on Shock Waves Volume2[C];2004年
3 陈美兰;李雪松;顾春伟;;DES和RANS模型在压气机叶栅流动中的研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
4 Yang-Yao Niu ,HOng-Ming Wu and Pang-Chung Wu Department of Mechanical Engineering, Chung-Hua University, Hsin-Chu Wen-Yih Tseng Center for Optoelectronic Biomedicine, National Taiwan University, Taipei Hsu-Hsia Peng Department of Electrical Engineering, National Taiwan University, Taipei;Average-State Flux-Split Incompressible Solvers for Aortic Flow Simulation Based on MRI Data[A];第四届《海峡两岸计算流体力学学术研讨会》论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 李洁;非均相非平衡可压流动的建模与算法研究[D];国防科学技术大学;2004年
2 王开健;基于特大增量步算法的网络并行计算[D];清华大学;2005年
3 曾清红;无网格数值模拟的并行算法及并行实现研究[D];中国科学技术大学;2006年
4 沈一飞;生物序列数据比较与模体发现算法研究[D];中国科学技术大学;2006年
5 贺一;禁忌搜索及其并行化研究[D];西南大学;2006年
6 顾峰峰;芦苇阻力系数物模及湿地水流数模研究[D];大连理工大学;2006年
7 孙宏元;基于HPC的多分辨空间信息应用基础平台关键技术研究[D];西安电子科技大学;2006年
8 范西昆;机载雷达空时自适应处理算法及其实时实现问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李强;二相流双流体模型的数值求解方法研究[D];西北工业大学;2002年
2 井实;电力系统网格计算平台功能组件的设计与实现[D];电子科技大学;2006年
3 张红星;模糊内模并行控制算法及其在纯滞后电加热炉温度控制中的应用[D];南昌大学;2006年
4 袁健美;SGI服务器并行计算环境建设及并行作业管理[D];湘潭大学;2006年
5 林鹏;基于集群系统的并行图像处理算法的设计与实现[D];中国海洋大学;2006年
6 刘超;嵌套循环的自动并行化及在MPI平台上的实现[D];大连理工大学;2006年
7 梁宗宪;喷管形状和燃料填充率对脉冲爆轰发动机的效能影响研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 吴昊;一个新的Riemann解法器及相关问题的研究[D];中国工程物理研究院;2006年
9 易舜昌;并行计算在目标识别中的应用研究[D];西安电子科技大学;2006年
10 邓枫;脱体涡数值分析与应用研究[D];南京航空航天大学;2007年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 刘鑫;陆林生;;重叠网格预处理技术研究[J];计算机工程与应用;2006年01期
2 招启军;徐国华;;基于高阶逆风通量差分裂格式的直升机旋翼前飞流场模拟[J];空气动力学学报;2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 肖中云;旋翼流场数值模拟方法研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钱炜祺,符松,蔡金狮;翼型动态失速的数值研究[J];空气动力学学报;2001年04期
2 于子文;曹义华;;前飞旋翼三维湍流场的数值模拟[J];北京航空航天大学学报;2006年07期
3 廖守亿,王承尧;预处理方法求解低马赫数流场的边界条件[J];国防科技大学学报;2001年02期
4 潘沙;李桦;廖守亿;范晓樯;;预处理方法在全速度流场数值模拟中的应用[J];国防科技大学学报;2006年03期
5 王德全;夏智勋;罗振兵;;相邻合成射流激励器低速射流矢量控制研究[J];固体火箭技术;2006年05期
6 贺武生;超燃冲压发动机研究综述[J];火箭推进;2005年01期
7 赵宏,杨治国,娄慧娟;合成射流流动特性实验研究及在燃烧中的应用探讨[J];航空动力学报;2004年04期
8 招启军,徐国华;使用高阶逆风通量差分裂格式的悬停旋翼流场数值模拟[J];航空动力学报;2005年02期
9 杨爱明,乔志德;基于运动嵌套网格的前飞旋翼绕流N-S方程数值计算[J];航空学报;2001年05期
10 夏健,伍贻兆;基于混合网格的三维Navier -Stokes方程并行算法[J];航空学报;2005年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王兰;超燃冲压发动机整机非结构网格并行数值模拟研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 何光洪;机翼数值优化设计中的高效气动计算方法研究[D];西北工业大学;2004年
2 王立强;基于动态非结构重叠网格的有限体积算法研究[D];南京航空航天大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程暮林,陈雪梅,钟长生;机翼颤振的数值模拟研究[J];水动力学研究与进展A辑;2004年S1期
2 周盛,袁巍,郭恩民;跨音弯掠风扇转子叶片的气动弹性剪裁[J];航空动力学报;1998年01期
3 吴志刚;杨超;;机翼的气动伺服弹性设计优化研究[J];航空学报;2006年04期
4 温杰;;连载:兰利研究中心的创新历程(之三) 关于气动弹性响应控制的基础研究[J];国际航空;2007年03期
5 杨琼梁;史晓鸣;唐国安;;大展弦比机翼气动颤振的有限元分析[J];振动与冲击;2011年05期
6 方平治;顾明;;基于松耦合法的求解气动弹性问题的数值模拟方法[J];同济大学学报(自然科学版);2007年07期
7 安效民;徐敏;陈士橹;;二阶时间精度的CFD/CSD耦合算法研究[J];空气动力学学报;2009年05期
8 李敏;陈伟民;贾丽杰;;压电驱动器的气动弹性应用[J];航空学报;2009年12期
9 李治涛;韩景龙;;非线性气动弹性系统辨识[J];江苏航空;2010年S2期
10 邢景棠,周盛,崔尔杰;流固耦合力学概述[J];力学进展;1997年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔鹏;韩景龙;张兵;;飞机抖振问题与三角翼抖振响应计算[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
2 张友安;吴建刚;;弹性导弹侧向运动建模[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
3 晏飞;王利京;;带有气动弹性约束的复合材料翼面结构优化[A];第七届全国空气弹性学术交流会论文集[C];2001年
4 叶正寅;田八林;;利用欧拉和NS方程模拟气动弹性过程中精度影响的研究[A];第八届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2003年
5 严德;杨超;;弹性体飞机纵向机动飞行轨迹计算[A];第八届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2003年
6 叶正寅;;非定常流场数值模拟及在气动弹性中的应用[A];2003’全国流体力学青年研讨会论文集[C];2003年
7 张欣;谢长川;陈桂彬;;复合材料大展弦比机翼气动弹性研究[A];第八届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2003年
8 刘子强;崔尔杰;;无粘流场中的结构振动非阻尼现象[A];第七届全国空气弹性学术交流会论文集[C];2001年
9 徐敏;安效明;陈士橹;;一种CFD/CSD耦合计算方法[A];首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会论文集(上册)[C];2004年
10 陈艾荣;周志勇;;基于离散涡方法的桥梁气动弹性问题的数值模拟[A];中国公路学会计算机应用学会2002年年会学术论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 张峰秋;科技潮头踏浪行[N];中国航空报;2005年
2 雷飙;不负人生好年华[N];中国铁道建筑报;2002年
3 通讯员 徐澄;西工大庆贺陈士橹院士80寿辰暨从教55周年[N];中国航空报;2000年
4 顾诵芬 黄德森;新中国飞机设计事业的奠基人——徐舜寿[N];中国航空报;2001年
5 王钟强;美国研究未来垂直/短距起落支线飞机[N];中国航空报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈龙;基于CFD/CSD耦合的旋翼气动弹性数值模拟[D];南京航空航天大学;2011年
2 崔鹏;基于CFD/CSD的机翼气动弹性计算研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 范晨光;薄壳气动弹性非线性响应研究[D];西南交通大学;2010年
4 黄勇;气动弹性系统的随机稳定性与控制[D];南京航空航天大学;2012年
5 张伟伟;基于CFD技术的高效气动弹性分析方法研究[D];西北工业大学;2006年
6 席睿;近距离飞行器翼面的气动优化设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
7 梁强;复杂流场的非定常气动力计算以及气动弹性研究[D];西北工业大学;2003年
8 卢旦;风致内压特性及其对建筑物作用的研究[D];浙江大学;2006年
9 员海玮;鲁棒颤振分析与模型确认研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 栗怀广;钝体空气动力学的格子玻尔兹曼方法[D];西南交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周文博;基于结构动力学方法的气动弹性分析[D];复旦大学;2010年
2 董宇;亚音速流下壁板气动弹性复杂响应研究[D];西南交通大学;2011年
3 宋智广;超声速梁板结构气动弹性颤振分析及控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 王琪;弦向柔性机翼气动弹性分析与控制[D];南京航空航天大学;2012年
5 张雷;弹性体导弹弹性特性分析与控制[D];中国科学技术大学;2010年
6 刘成;基于CFD/CSD弱耦合的直升机旋翼气弹特性研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 张伟伟;超音速、高超音速非线性气动弹性问题研究[D];西北工业大学;2004年
8 樊则文;导弹伺服气动弹性稳定性分析方法研究[D];西北工业大学;2005年
9 张伟;直升机旋翼气动弹性响应的数值积分算法研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 钱凯;旋翼流场及气动弹性的数值模拟[D];南京航空航天大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026