[发明专利]一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法及系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于气动弹性领域，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。

背景技术

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。

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。

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，一方面使飞行器受到的气动载荷发生改变，影响飞行器的操纵性和稳定性；另一方面引起壁板疲劳损伤，影响飞行器的结构稳定性。两方面因素都给飞行性能带来很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法及系统，能够求解非定常气动力及非线性结构响应，并实现有效的耦合界面数据交换，解决非线性气动弹性响应问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种曲面壁板的非线性气动弹性响应分析方法，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。

本发明的进一步改进在于：

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：

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