[发明专利]耦合结构模态的时域快速非定常气动力计算方法

说明书

本发明提供了一种耦合结构模态的时域快速非定常气动力计算方法，该方法包括：一，对变形气动面进行网格划分；二，获取结构模态信息并将其插值到变形气动面的气动网格上，确定变形气动面的结构运动规律；三，确定时域分析计算步长；四，基于全位势流理论，在各个气动网格上布置涡环，利用非定常伯努利方程计算获取变形气动面网格上的气动力的大小和分布；五，将后缘尾涡以当地流场速度运动一个时间步长的位移以形成下游尾涡流场；六，将下一时间步长下的结构模态信息插值到变形气动面网格上，重复步骤四和步骤五，直至完成时域内推进非定常气动力的求解。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中时域气动力计算建模复杂且计算效率低的技术问题。

技术领域

本发明涉及飞行器气动弹性技术领域，尤其涉及一种耦合结构模态的时域快速非定常气动力计算方法。

背景技术

非定常气动力的计算是飞行器设计和分析的关键环节，其直接影响飞行器的机动性、飞行稳定性及安全性的评估。因此非定常气动力计算是飞行器设计环节中气动弹性分析、伺服稳定性分析、飞行力学仿真、飞行性能评估的重要部分，其建模计算的合理性及准确性对飞行器设计和分析有着重要意义。

在气动弹性领域，非定常气动力是飞行器颤振分析、气动伺服弹性分析以及动响应分析的重要输入。但由于非定常气动力计算的复杂性，长期以来气动弹性领域的非定常气动力经常采用谐振荡假设，在频域范围内进行简化和计算，这使得基于非定常气动力计算的颤振分析和稳定性分析也大多局限在频域范围内，如要进行时域分析则需要较为繁琐的转化，还要承担时频域转换建模带来的误差。随着现代飞行器高速、轻质、灵活等方面的发展需求，多学科综合的时域分析成为飞行器分析和设计的必然途径，这就对非定常气动力提出了快速、准确的时域计算需求。但目前时域气动力多采用CFD计算，其计算建模复杂，计算效率低，并不适合工程阶段的分析应用。

发明内容

本发明提供了一种耦合结构模态的时域快速非定常气动力计算方法，能够解决现有技术中时域气动力计算建模复杂且计算效率低的技术问题。

本发明提供了一种耦合结构模态的时域快速非定常气动力计算方法，时域快速非定常气动力计算方法包括：步骤一，对飞行器的变形气动面进行网格划分；步骤二，获取飞行器的结构模态信息并将结构模态信息插值到变形气动面的气动网格上，确定变形气动面的结构运动规律；步骤三，根据变形气动面的气动网格大小、来流速度以及变形气动面的结构运动规律确定时域分析计算步长；步骤四，基于全位势流理论，在变形气动面的各个气动网格上布置涡环，根据速度诱导公式求解飞行器的气动力影响系数矩阵，根据气动力影响系数矩阵以及法向物面边界条件计算获取当前时刻的涡环环量大小，根据当前时刻的涡环环量大小并利用非定常伯努利方程计算获取变形气动面网格上的气动力的大小和分布；步骤五，保持后缘尾涡的环量不变，将后缘尾涡以当地流场速度运动一个时间步长的位移以形成下游尾涡流场；步骤六，在下游尾涡流场的基础上，将下一时间步长下的结构模态信息插值到变形气动面网格上，重复步骤四和步骤五，直至完成时域内推进非定常气动力的求解。

进一步地，当前时刻的涡环环量Γ的大小可根据气动力影响系数矩阵A以及法向物面边界条件来获取，其中，A为机翼气动力影响系数矩阵，Γ为机翼附着涡环强度组成的列向量，V(t)＝[U(t),V(t),W(t)]，V(t)为包含机翼运动速度和非定常来流速度的速度，V_w为尾涡在机翼处引起的诱导速度，为机翼当地的法向量。