[发明专利]一种快速获取复材翼面跨音速颤振速度的方法

说明书

技术领域

本发明是一种快速获取复材翼面跨音速颤振速度的方法，属于飞机复合材料翼面气动弹性剪裁领域，用于飞机复合材料翼面设计中的跨音速颤振速度优化。

背景技术

翼面跨音速颤振是翼面设计的一种重要情况，在跨音速颤振分析过程中，求解得到跨音速颤振临界速度是重要步骤。一般的跨音速颤振计算采用非定常气动力方法，需要很长的计算时间，给翼面优化带来巨大的困难。当前国内外飞行器复合材料翼面跨音速颤振优化与分析尚未形成成熟的技术方案。过去大都采用实验和工程估算的方法得到翼面的跨音速颤振临界速度；近年来，随着计算流体动力学(CFD)、计算结构动力学(CSD)的发展和计算机性能的提高，将CFD和CSD结合起来进行复合材料翼面颤振的数值模拟有了相当大的进展，成为当前气动弹性研究的重要方向之一。和以往的方法相比，采用CFD/CSD耦合进行跨音速颤振求解的特点是精度较高，但其不足之处在于数值模拟过程的计算量很大，耗时过长。在缩短CFD/CSD耦合计算的时间方面，除了依赖计算机硬件性能的提高、利用大型机参与计算外，还采用了计算机集群并行计算的方法。

为设计出满足跨音速颤振要求的飞行器，需要对飞行器复合材料翼面结构进行跨音速颤振优化。优化中若直接采用求解非定常气动力的方法计算跨音速颤振临界速度，计算时间是极其惊人的。造成优化迭代的单步时间长达数月，这在工程上无法接受。

利用响应面进行翼面优化，必须解决复合材料板参数和设计变量可行域描述。这样可以找到响应面的边界，实现高精度插值拟合。而常规复合材料板的描述方法无法满足上述要求。利用三向刚度方法描述板的力学特性，可以简化复合材料板的多种设计变量参数(包括各种角度和相应的铺层比例，铺层厚度等)，便于进行翼面优化设计。

三向刚度特性是复合材料板元件固有的力学特性，对于一块给定厚度(层数)的复合材料平板，0°、±45°、90°铺层的比例直接影响到平板的轴向刚度特性EI1、EI2和剪切刚度特性GJ，如附图1所示。铺层角度、比例各异的复合材料板均可转化为相同厚度的、仅有0°、±45°、90°铺层的复合材料板，且保证板的三向刚度特性相同。由于复合材料板的三向刚度特性参数EI1、EI2、GJ之间存在约束关系，可用其中的两个参数表示另外一个参数，由此得到复合材料板元件刚度可行域的数学表述。具体的公式推导如下：

EI1=2C1+C[(U1+U5)·δ-GJ]-(1+C)[(U5-U4)-GJ]22[(U1+U5)·δ-GJ]---(1)]]>