一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法及系统，包括：基于曲面壁板在n时刻的结构状态，并对所预测的时刻的结构状态进行转换，预估时刻的流体边界信息；基于时刻的流场网格和时刻的流体边界信息，采用插值方法，预测时刻的流场网格；基于时刻的流场网格和几何守恒律，计算控制体体积；根据时刻的流场网格和控制体体积对欧拉方程求解，得到时刻的气动载荷；对时刻的气动载荷进行转换，预测时刻的结构载荷，预估n+1时刻的结构载荷；结合结构动力学和预估的n+1时刻的结构载荷，得到n+1时刻结构状态。本发明专利技术考虑曲面壁板的几何大变形问题，基于半个时间步的差距，弥补了现有只能一个时间步进行转换的缺陷，提高计算精度和可靠性。提高计算精度和可靠性。提高计算精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法及系统


[0001]本专利技术属于气动弹性领域，涉及一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法及系统。

技术介绍

[0002]现代飞行器的机翼和机身多采用骨架和蒙皮组成的薄壁加筋结构，其中壁板是直接承受气动载荷作用的结构部位。飞行器气动外形均采用经过优化的流线型，故组成飞行器表面蒙皮的壁板结构一般具有初始曲率。同时，为了减轻结构重量，改善结构性能，各种新型复合材料被大量应用于飞行器结构中。
[0003]飞行器在大气中飞行时，表面壁板结构在气动载荷作用下发生变形(如挠曲变形等)，导致外部流场的边界发生改变，引起流场的结构(如边界层、激波等)和气流参数(如速度、压强等)的改变，使得作用在结构上的气动载荷发生改变，进而影响壁板结构，使其产生新的变形或者振荡。这种结构和气动之间的相互耦合作用，造成了壁板的气动弹性响应问题。
[0004]发生在复合材料曲面壁板上的气动弹性问题具有很强的非线性特征，主要体现于结构非线性、气动非线性和耦合作用非线性。气动弹性现象发生时，壁板结构做大位移的变形运动，一方面使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，包括：基于曲面壁板在n时刻的结构状态，预测曲面壁板时刻的结构状态；对所预测的曲面壁板时刻的结构状态进行转换，预估曲面壁板时刻的流体边界信息；基于曲面壁板时刻的流场网格和时刻的流体边界信息，采用插值方法，预测曲面壁板时刻的流场网格；基于所预测时刻的流场网格和几何守恒律，计算控制体的体积；根据时刻的流场网格和控制体的体积对欧拉方程进行求解，得到曲面壁板时刻的气动载荷；对曲面壁板时刻的气动载荷进行转换，预测曲面壁板时刻的结构载荷，进而预估n+1时刻的结构载荷；结合曲面壁板的结构动力学原理和预估的n+1时刻的结构载荷，得到n+1时刻结构状态。2.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述结构状态包括位置d
n
、速度和结构载荷F
s,n
；所述基于曲面壁板在n时刻的结构状态，预测曲面壁板时刻的结构状态，具体为：所述对所预测的曲面壁板时刻的结构状态进行转换，预估曲面壁板时刻的流体边界信息，具体为：采用间接边界元法，将曲面壁板时刻的结构状态转换为时刻的流体边界信息：u
a
＝Su
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)S＝B
bm
S
mi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，u
a
为流场网格上的位移，u
s
为结构网格上的位移，S
mi
为结构网格到间接边界单元的样条矩阵，B
bm
为间接边界单元到流场网格的转换矩阵，S为结构网格到流场网格的样条矩阵。3.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述
基于已知的曲面壁板时刻的流场网格和时刻的流体边界信息，采用插值方法，预测曲面壁板时刻的流场网格，具体为：基于预测的时刻流体边界信息和曲面壁板时刻的流场网格，利用TFI插值方法，做出符合时刻流体边界信息的每个边界网格点的变形，由点到线、由线到面、由面到体地进行插值和变形，得到时刻完整的流场网格。4.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述基于所预测时刻的流场网格和几何守恒律，计算控制体的体积，具体为：采用几何守恒律得到控制体体积：其中，v为控制体表面运动速度，S为控制体面积矢量，V
n
为n时刻的控制体体积，V
n
‑1为n
‑
1时刻的控制体体积。5.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，其特征在于，所述根据时刻的流场网格和控制体的体积对欧拉方程进行求解，得到曲面壁板时刻的气动载荷，具体为：利用AUSMpw+空间离散格式、MUSCL插值格式与LU
‑
SGS
‑
τT时间推进格式求解欧拉方程，得到曲面壁板时刻的气动载荷。6.根据权利要求1所述的曲面壁板的非线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：安效民，周悦，闫浩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：