CFD/CSD耦合接口技术研究

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传统计算方法常把飞行器用于刚性体来考虑,而结构的柔韧性对飞行器的性能、机动性和飞行控制等有着直接的影响。柔性体和气动力之间的相互作用导致飞行器气动弹性问题。航空宇航中飞行器结构和流体之间的耦合作用所导致振动、颤振等非定常气动弹性,轻则缩短疲劳寿命,重则毁坏飞行器,因此对飞行器安全飞行状态的预测显得非常重要。 随着计算机速度提高和飞行包迹的扩展,设计现代飞行器要求速度高、重量轻,气动弹性越来越成为飞行器设计中重要的考虑因素。近些年来,人们开始应用计算流体动力学(CFD)来求解气动弹性问题。通过使用非定常的欧拉或Navier-Stokes(N-S)方程的CFD计算技术和计算结构动力学(CSD)的耦合,对飞行器结构的整个气动弹性响应可以初步预测。 本文针对非线性飞行器气动-结构耦合计算进行了较全面研究,主要工作有: 1.发展了一种CFD/CSD耦合计算数据接口技术。主要集中考虑流体和结构网格之间的信息交换问题,基于此,我们引进了一种四面体常体积转换法,并对该方法进行修正。与以往流行的IPS、TPS插值方法进行了对比,发现该技术具有较强的实用性和准确性,并适用于从亚音速到超音速范围的流场以及三维结构情形。此外,该技术还使用方便并与当前使用的CFD/CSD耦合模块具有兼容性。 2.发展了一种三维动网格技术。对二维动网格技术进行三维扩充,以适应三维运动边界,动网格处理方法是采用由位移插值得到的运动网格方法系统。 3.发展了CFD/CSD耦合计算模块。整个模块包括CFD计算模块、CSD计算模块、CFD/CSD数据交换模块。最后对三维机翼进行了时间推进格式的计算和测试,通过对流场模块和结构模块的耦合来实现三维机翼结构响应的时域分析。
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