带舵面垂尾跨声速颤振计算研究

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1、第４４卷第５期航空计算技术Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．５２０１４年９月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＳｅｐ．２０１４带舵面垂尾跨声速颤振计算研究董军，卢晓杨，侯良学（中国航空工业空气动力研究院高速高雷诺数气动力航空科技重点实验室，辽宁沈阳１１００３４）摘要：基于自研软件平台ＵＮＳＭＢ，采用ＣＦＤ／ＣＳＤ耦合的颤振时域分析方法，对某带舵面垂尾的风洞模型进行了跨声速颤振特性分析。研究了洞壁对颤振边界的影响，通过改变网格大小，设置不同的边界条件，对洞壁的模拟方法进行了对比研究，最终获得了与试验数据吻合很好

2、的结果，表明洞壁对模型的颤振边界存在较大影响，同时表明ＵＮＳＭＢ平台的跨声速颤振计算具有较高的精度。关键词：ＵＮＳＭＢ平台；颤振计算；洞壁干扰中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１４）０５桘００４２桘０４StudyonTransonicFlutterCalculationofaVerticalTailwithRudderＤＯＮＧＪｕｎ，ＬＵＸｉａｏ桘ｙａｎｇ，ＨＯＵＬｉａｎｇ桘ｘｕｅ（AviationKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonAerodyn

3、amicsofHighSpeedandHighReynoldsNumber，AerodynamicsResearchInstitute，AVIC，Shenyang１１００３４，China）Abstract：ＢａｓｅｄｏｎＵＮＳＭＢｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＡＲＩ，ｔｈｅｔｒａｎｓｏｎｉｃｆｌｕｔｔｅｒｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｏｆａｖｅｒｔｉｃａｌｔａｉｌｍｏｄｅｌｗｉｔｈｒｕｄｄｅｒｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｃｏｕｐｌｉｎｇＣＦＤ／ＣＳＤ．Ｔｈｅｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｗａｌｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｓｅｔｔ

4、ｉｎｇｄｉｆ-ｆｅｒｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄＣＦＤｇｒｉｄ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓａｇｒｅｅｄｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｌｕｔｔｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｇｒｅａｔｌｙｉｍｐａｃｔｅｄｂｙｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｗａｌｌ，ａｎｄＵＮＳＭＢｈａｄｗｅｌｌａｃｃｕｒａｃｙｏｎｔｒａｎｓｏｎｉｃｆｌｕｔｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Keywords：ＵＮＳＭＢ；ｆｌｕｔｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｗａｌｌ

5、ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ引言对一带舵面垂尾风洞试验模型的跨声速颤振边界进行了计算预测，并与风洞试验结果作了对比分析。气动弹性动力学问题中，颤振问题占据相当重要的地位，在飞机设计工程中，颤振分析也是一个非常广泛的题目，随着飞机设计的发展，颤振分析的内容也由１计算方法经典的机翼线性颤振分析拓展出机翼非线性颤振分基于Ｎ桘Ｓ方程颤振计算主要有三个关键环节：非析、带外挂物的机翼颤振分析、操纵面颤振分析以及全定常气动力计算，结构运动方程计算和气动与结构间［１］机伺服颤振分析等新的内容和分支。载荷和位移的数据传递。带舵面垂尾的颤振特性一般

6、比单独翼面复杂得１．１非定常气动力计算多，方向舵与安定面之间存在着较为严重的结构固有在本文的颤振数值计算中，所依赖的空气动力方振动特性和气动特性的耦合，粘性效应对方向舵的铰程为可压缩、非定常Ｎ桘Ｓ方程，其积分形式为：链力矩影响严重，对其进行跨声速颤振特性数值分析抄［２］蹿Qｄv＋促Fnｄs＝０（１）是一项较为困难的课题。随着ＣＦＤ和计算机科学抄tV抄V的不断发展，基于Ｅｕｌｅｒ／Ｎ桘Ｓ方程的跨声速颤振特性Ｔ式中，Q＝［ρ，ρu，ρv，ρw，ρe］为解向量，抄V是流体域V时域分析方法逐渐应用于工程实际，为解决此类问题的边

7、界，n为边界外法向矢量，矢通量F可以分解为对提供了很好的手段和工具，但多数方法还没有得到颤流矢通量Fc和粘性矢通量Fv两部分。振试验的系统验证。本文基于气动院自研软件平台F＝Fc－Fv（２）ＵＮＳＭＢ，采用基于Ｎ桘Ｓ方程计算的ＣＦＤ／ＣＳＤ耦合颤振时域分析方法，通过保持计算与试验状态的一致性，采用有限体积法、双时间推进求解非定常Ｎ桘Ｓ方程。收稿日期：２０１３－１１－１８修订日期：２０１４－０９－０１作者简介：董军（１９６１），男，辽宁朝阳人，研究员，主要研究方向为计算流体力学。２０１４年９月董军等：带舵面垂尾跨声速颤振

8、计算研究·４３·１．２结构运动方程２并行计算检验考虑垂尾变形在线性变化范围内，采用模态法描本文通过ＭＰＩ实现程序并行计算。计算前处理述结构变形，垂尾表面点的变形可表示为：中，调用ＭＥＴＩＳ库函数，对整体网格进行基于控制体nm单元个数负载均衡的区域分解，使每个进程对应一个Z（x，y，t）＝∑hi（x，y）qi（t）（３）i＝１分区，