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基于CFD/CSD弱耦合的直升机旋翼气弹特性研究

刘成  
【摘要】:直升机旋翼非线性气弹耦合问题是影响飞行性能和飞行品质的重要因素,是现代直升机设计中备受关注的问题之一。本文以计算流体力学(CFD)和计算结构力学(CSD)的理论为基础,建立了一套用于研究、计算、分析旋翼气弹耦合问题的CFD/CSD弱耦合方法,并用该方法对旋翼气弹耦合特性进行了计算分析。针对气弹耦合和直升机旋翼工作的特点,采用非结构动态网格形式划分流体计算域网格,引入守恒跟踪算法和Hermite插值法来解决表面跟踪与求解同步化的问题,以便完成气弹耦合交界面上信息准确、完整的传递和交换,以及在每一个时间步内实时的更新网格。 本文首先介绍了国内外关于直升机旋翼气弹耦合的发展概况,分别建立了计算旋翼气弹耦合的流体数学模型和结构数学模型(即控制方程),并介绍了流体控制方程的时间和空间离散方法;随后建立起气弹耦合的数学模型和求解流程,并研究了动态网格更新方法和气弹耦合交界面信息传递的相关问题。通过对流体涡引起薄板振动模型和弹性导弹弹翼模型的验证,证明了该方法的有效性。 最后,利用本文所建立的方法对某型直升机旋翼进行了气弹耦合特性计算,计算结果证明该方法是行之有效的,为后续工作奠定了基础。


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