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由于现代飞行器朝高速度、轻结构、大柔性、超机动方向发展,导致其弹性结构和流体之间的强耦合,飞行器遭遇了更加严重的气动弹性问题。这种耦合的非线性特征决定了分析方法必须能够准确地捕获非线性现象。随着高性能计算机的发展,计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合数值模拟可以进一步精确地预测气动弹性响应,但当应用到复杂系统的气动弹性分析和多学科优化设计时,计算耗费巨大。再者,虽然CFD/CSD数值模拟提供了离散化变量的详尽时间匹配信息,有利于提高研究者对非定常气动力和气动弹性本质的理解,但是数据规模的庞大增加了这一过程的难度。因此,需要建立一种既能快速准确地反映非定常气动力特性又便于主动控制系统设计的气动弹性降阶模型。 为了满足气动伺服弹性分析与综合的这种需要,论文发展了一种基于Volterra级数理论的非线性非定常气动力降阶模型。具体实现方法是:利用CFD/CSD技术计算出的广义非定常气动力阶跃响应辨识出近似一阶Volterra核。基于此核,应用特征实现算法建立非定常气动力的状态空间模型。耦合非定常气动力降阶模型和线性化结构动力学方程,得到气动弹性状态空间模型。 以气动弹性标准模型AGARD 445.6机翼为算例,对此方法进行了验证。依据其非定常气动力降阶模型和气动弹性模型分别进行了机翼的非定常气动力预测和气动弹性动态响应/稳定性分析,并与CFD/CSD直接模拟结果进行比较。结果表明这种方法可以快速准确地求解气动弹性问题。 论文的主要创新点有: 1.首次采用准阶跃响应法辨识出非线性非定常气动力的近似一阶Volterra核,利用特征实现算法,建立非定常气动力降阶模型,此模型以“平均”的方式包含气动力的所有非线性特征信息。 2.首次将此模型降阶方法应用到三维机翼的气动弹性分析,具有实际应用参考价值。