一种柔性蒙皮机翼低雷诺数流固耦合分析方法技术

本发明专利技术公开一种柔性蒙皮机翼低雷诺数流固耦合分析方法，包括基于γ

【技术实现步骤摘要】
一种柔性蒙皮机翼低雷诺数流固耦合分析方法


[0001]本专利技术涉及飞行器设计领域，具体涉及一种柔性蒙皮机翼低雷诺数流固耦合分析方法，能够对太阳能飞行器柔性蒙皮机翼的变形行为及低雷诺数流动特性进行分析。

技术介绍

[0002]临近空间太阳能飞行器普遍采用柔性蒙皮机翼，以适应大展弦比和低翼载荷的机翼特性。柔性蒙皮在气动力的作用下会发生弹性变形，进一步反作用于机翼表面压力分布，进行总体和气动设计时应考虑这一流固耦合特性。
[0003]现有流固耦合分析方法，主要针对机翼整体的弯扭特性进行分析；只计算机翼宏观气动力，不关注蒙皮表面流动行为与局部气动力；采用涡格法计算气动力，无法精确模拟机翼表面的气动力分布；只分析机翼整体弯曲和扭转变形，不考虑蒙皮局部变形情况；采用四边形或六边形单元进行有限元计算，无法对存在几何非线性效应的薄膜单元进行变形分析；采用流体动网格重构方法、边界动网格策略选择等技术进行迭代计算，耦合逻辑较为复杂。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种适用于柔性蒙皮机翼低雷诺数流固耦合分析的方法，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性蒙皮机翼低雷诺数流固耦合分析方法，其特征在于：按照流体计算
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固体计算
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流体计算
‑
固体计算
‑……
的方式循环参与分析，完成迭代分析；所述流体计算具体步骤为：1)结构化网格生成建立机翼参数化模型，记录并存储划分网格边界、设置边线对应、调整节点分布、生成结构化网格的过程；在整个柔性蒙皮机翼流固耦合分析过程中，不断将参数变更后的机翼参数化模型输入到结构化网格生成模块中，通过读取存储的的文件，自动生成结构化网格；2)数值仿真201、流场构建记录并存储流场关键参数，在记录过程中进行流场关键参数设置；每次进行流体力学计算时，自动读取存储文件并进行流畅关键参数设置，从而完成流场构建；202、初始压力分布首次进行流体力学计算时，自动将流场的初始压力加载到结构化网格节点上，从而完成初始压力分布，完成本轮流体力学计算后，将收敛得到的压力分布结果保存；后续每次启动流体力学模块，完成流场构建后，读取上一轮流体力学计算模块输出的压力分布结果，将其中记录的压力分布作为本轮计算的初始压力分布；203、γ
‑
Re
θ
模型计算采用求解N
‑
S方程的方法开展机翼数值计算，湍流模型为γ
‑
Re
θ
转捩模型，每一轮流体力学计算过程中，每次求解都会使机翼表面所有网格的压力值发生一次改变，将机翼上、下表面所有网格的压力分别求和，得到ΣP
up
和ΣP
down
，两者相减得到机翼上下表面压力差ΣP＝ΣP
down
－ΣP
up
；当ΣP不再发生长周期变化，而仅存在短周期震荡时，则认为满足收敛条件，本轮流体力学计算结束；当结构化网格节点的压力差不满足收敛判据时，认为压力分布仍存在长周期变化，则继续采用上述方程进行迭代计算，直至满足收敛判据为止；3)载荷提取保留流体计算后500步迭代对应的压力分布结果，将其中的压力分布提取后进行时均化处理；随后将时均化后的压力分布转化为固体计算模块能够识别的分布式载荷，并存储备用；所述固体计算由固体力学计算模块完成，具体步骤如下：1)有限元网格生成利用标准化的机翼模型，记录并存储节点数量设置、网格类型选择、有限元网格生成的过程，其中有限元网格类型为M3D3三角形膜单元；2)有限元仿真201、参数设置记录并存储有限元关键参数，在记录过程中进行有限元关键参数设置；每次进行固体力学计算时，自动读取存储的文件并完成有限元关键参数设置；202、网格与载荷提取读取生成的有限元网格，以及流体计算时生成的分布式载荷，提取网格与载荷信息，用于后续迭代计算；203、N
‑
R迭代法计算
采用N
‑
R迭代法进行有限元计算，将机翼蒙皮离散为个体单元，建立力与位移的关系，再将单元封装为正体，求解整体变形；每一轮固体力学计算过程中，都会采用上述方程进行数十步迭代计算，每次计算都会使有限元网格节点坐标值发生一次改变，当相邻两次迭代计算得到的各节点坐标值相差很小时，认为满足收敛条件，本轮固体力学计算结束；当节点坐标值不满足收敛判据时，认为迭代计算还未收敛，继续采用上述方程进行迭代计算，直至满足收敛判据为止；若计算发散，则系统报错，由人工介入进行程序调整；3)坐标值提取提取迭代收敛后网格节点坐标值与上一轮固体力学计算得到的网格节点坐标相减得到差值；同时将收敛后的网格...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，余亚鋆，杨小鹏，丛可冉，马东立，杨穆清，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：