张鸿志,周强,陈刚,李跃明

(1.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;2.西安交通大学航天航空学院,710049,西安)



气动弹性系统本征正交分解降阶模型精度的参数影响研究

张鸿志1,2,周强1,2,陈刚1,2,李跃明1,2

(1.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;2.西安交通大学航天航空学院,710049,西安)

为了快速分析跨音速非线性气弹系统的颤振边界和响应特性,通过本征正交分解(POD)降阶方法建立了基于CFD的气动弹性降阶模型(ROM)。实现过程包括对非线性定常CFD流场的小扰动泰勒分解,建立基于CFD的全阶线性化模型;再通过POD方法得到流体ROM;耦合结构动力学方程构成基于CFD的气弹ROM。以国际气弹标模AGARD 445.6机翼为研究对象,系统研究了ROM建立过程中初始流场、响应时间步长和样本数据等重要参数对于模型精度的影响,并将ROM应用于颤振边界的预测。研究表明:作为线性化方程建立的定常流场,若收敛性不够,易导致线性化模型不稳定甚至发散;响应计算中,时间步长若选取过大将会导致数值振荡、发散;为捕捉更多的非线性流场特性,系统激励后POD样本的产生需保证足够的数据采集时间;所建立的ROM具有同原始非线性CFD/CSD系统同样的精度,是一个低维度状态空间数学模型,可直接用于系统特性分析和颤振抑制等设计。相比CFD/CSD耦合计算,ROM在计算效率上提高了3～6个量级。

CFD/CSD耦合;降阶模型;本征正交分解;颤振

飞行器气动弹性研究飞行器结构与气动力相互耦合关系,是典型的流固耦合振动问题。……