基于CFD的机翼突风响应计算

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252011V01．32No．5785—791ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000一6893(2011)05-0785—07基于CFD的机翼突风响应计算顾宁，陆志良*，张家齐，郭同庆南京航空航天大学空气动力学系，江苏南京210016摘要：利用网格速度理论，计算机翼在锐边突风和1-cos突风下的响应，研究气动非线性和自由度耦合

2、对翼尖加速度和升力系数的影响。采用中心格式有限体积法进行空间离散，并用双时间推进法求解非定常Euler方程。计算了刚性(沉浮)和弹性机翼在锐边突风下的加速度响应，以及刚性机翼(沉浮+俯仰)在1-cos突风下的升力响应过程，并分别与片条理论和六自由度方程的计算结果比较。在低马赫数时，各种方法得到的结果符合得很好，直接验证了网格速度方法在三维弹性和刚性机翼突风响应计算中的准确性，为计算流体力学(CFD)技术在突风响应计算中的应用打下基础。从高马赫数时CFD计算得到的结果可以看出，气动非线性对于机翼突风响应的结果影响

3、比较大，在实际突风响应计算中必须考虑由于非线性带来的影响，而六自由度方程中各个自由度的耦合作用对升力的影响不大。关键词：突风响应；片条理论；有限体积法；Euler方程；六自由度方程；弹性机翼；模态叠加法中图分类号：V211．47文献标识码：A在现代飞行器的设计计算中，必须考虑飞行器受各种不可避免特殊环境的影响，如飞行器进入阵风区域(也称为突风区域)的动态响应。近年来，数值计算方法已开始应用于飞行器阵风响应载荷计算中。目前，计算突风响应主要有两种方法：频域计算方法和时域计算方法。传统的离散突风响应计算是在频域里进

4、行的，因为当时想要直接计算时域内任意运动的非定常气动力(包括由突风引起的非定常气动力)还十分复杂，所以常用的方法基本上是计算频域上若干离散频率的非定常气动力[1]。这种方法相对于用计算流体力学(CFD)求解Euler方程和Navier-Stokes(N-S)方程来说效率比较高。但是这种气动力模型往往只能计算谐振荡情况下的气动力，而且很难考虑由于非线性带来的影响。相对于传统的频域计算方法，随着CFD技术的发展，出现了在时域内直接模拟突风响应的方法[2-63。本文采用网格速度[7-83的方法，计算机翼在锐边突风下的

5、加速度响应过程，与传统片条理论结果作比较，计算机翼在I-COS突风下的升力系数响应，与直接求解六自由度方程的方法比较，均得到了满意的结果，为CFD技术在突风响应计算中的进一步应用打下基础。1非定常气动方程及解法1．1气动方程对于带运动边界的非定常流体运动，常采用Euler方程的任意拉格朗日欧拉公式(ALE)，它的微分形式为‘93；m3W_{_∞ofdoyg撒[3q=0(1)rd￡，dzdy

6、dz一’收稿日期：2010．08．31：退修日期：2010—10—22；录用日期：2010—11-”；网络出版时间：201

7、0-12-2916：27：32网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20101229．1627．002．h帅IDOI：CNKI：11-1929／V．20101229．1627．002基金项目：国家“973”计划(2007CB714600)*通讯作者．Tel．：025-84892680E-mail：luzl@nuaa．edu．Q1孑l愚莽武l矮宁，陆志良．张家齐，等．基于CFD的杌翼突风响应计算[J]．航空学报，2011．32(5)：785-79t．GuNing，Lu

8、Zhlliangrz№ngJiaqi．eta1．CFD-basedanalysisforgustresponseofaircraftwingLJ]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinicat20

9、1·32(5)：785．791．航空学报May252011V01．32No．592，{一鼬鼬u七P鼬m鼬Ⅵ(正4-p)U+k,p文pVupVv+PpVw(PE+p)V+多。p，口‘pW铡u铡砧pWw+P(声+争)w+z,p(2)式中：主。、多，和奎。是网格速度E在直角坐标系下的3个速度分量

10、；u一越一主。，V=v一多，，Ⅳ=劭一乏。；U、铆、硼为流场速度y在直角坐标系下的速度分量；p为流体密度；E为单位质量流体总能；户为流体压强。本文采用有限体积法格心格式，方程采用双时间步长推进方法，在每个物理时间步内进行虚拟定常迭代时，采用五步4qunge-Kutta显式时间推进。对流项采用带人工耗散项的Jameson中心格式。初始条件取均匀流场，壁面处采用无穿透边界条件，远场边界处采