IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
大型飞机气动/结构耦合效应研究
Alternative TitleThe Study of Aerodynamics/Structure Coupling Effects for Large Aircraft
刘中玉
Thesis Advisor杨国伟
2016
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline流体力学
Abstract大型飞机的设计制造是我国在高端装备制造领域重点发展的产业。150座级的C919客机已在上海总装下线,更高座级的远程宽体客机的前期论证工作也已启动。出于减轻结构重量、提升综合性能等方面的考虑,先进的民用飞机大量采用复合材料结构。轻质复合材料在大型飞机上的应用,突出了飞机气动与结构间的耦合效应。因此有必要研究大型飞机的气动/结构耦合效应的影响,为大型飞机的设计与分析提供技术参考。围绕着大型客机的气动结构耦合效应,本文主要完成了以下研究工作:进一步发展了多块结构网格有限体积RANS方程求解方法。将非精确Newton法与Krylov子空间方法结合并引入无矩阵技术,发展了JFNK隐式时间推进方法;引入低速预处理方法,发展能够高效稳定求解低速不可压流动及跨声速、超声速可压流动的全速域流场分析方法;推导了预处理控制方程的特征系统,重新构造了空间离散格式的耗散项和隐式时间推进方法;针对Weiss-Smith预处理方法,提出了无反射的预处理远场特征边界条件。利用一系列典型算例从求解效率、湍流模型、复杂问题处理能力等方面验证了本文的方法,并研究了发动机动力效应对飞机气动特性的影响。针对大型飞机气动/结构耦合分析的需要,发展了CFD/CSD紧耦合的动力学及静力学问题分析方法。提出了适用于粘性网格的网格变形方法,解决缩减控制点的径向基函数(RBF)网格变形方法物面不保形的问题;利用RBF插值方法和虚功原理,构建流体模型与结构模型间的数据耦合界面;以模态叠加方法分析气动弹性动力学问题,以模态方法或柔度矩阵方法分析气动弹性静力学问题,并分析了复合材料机翼跨声速颤振边界,研究结构弹性变形对气动载荷的影响。将CFD/CSD耦合方法和稳定性分析方法结合,建立了气动/结构耦合效应下的稳定性分析方法。基于Etkin非定常气动力模型给出气动力、稳定性导数及运动状态间的函数关系,用积分法和最小二乘法两种方法辨识其中的稳定性导数;通过纵向的强迫俯仰运动和强迫沉浮运动两种形式,实现纵向上直接阻尼导数和洗流时差导数的解耦。研究了弹性变形对飞机纵向稳定性的影响,并计算了大型民机不同飞行状态下的纵向稳定性导数,作为面向综合性能评估的气动力代理模型建模的输入数据。针对设计方案综合性能评估的需要,基于代理模型方法发展大型飞机气动特性的快速预测方法。研究了评价代理模型精度及泛化能力的误差分析方法和交叉验证方法。对大型飞机的纵向气动特性建模,建立了满足设计方案综合性能评估需要的气动力快速预测模型。建立了基于Kriging模型的飞行器气动/结构序列优化方法。利用任意控制体的自由变形方法(FFD)实现气动外形的参数化,通过改进的拉丁超立方(ILHS)抽样方法选择初始的试验样本;寻优方法采用改进的粒子群算法(PSO),并研究不同约束处理方法、加点准则的影响。以典型测试函数和气动优化标准算例验证本文的优化方法,最后优化了大型飞机的结构刚度,在保证气动性能前提下降低全机的飞行阻力。本文主要针对大型飞机的特点,研究了气动/结构耦合效应下的气动弹性动/静力学分析方法、稳定性分析方法、气动特性建模及优化设计等问题,能够为大型飞机的气动弹性分析与优化、方案综合性能评估等方面提供技术参考。
Call Number31371
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59425
Collection流固耦合系统力学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
刘中玉. 大型飞机气动/结构耦合效应研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.
Files in This Item:
File Name/Size DocType Version Access License
201663112541.pdf(9553KB)学位论文 开放获取CC BY-NC-SAApplication Full Text
Related Services
Recommend this item
Bookmark
Usage statistics
Export to Endnote
Google Scholar
Similar articles in Google Scholar
[刘中玉]'s Articles
Baidu academic
Similar articles in Baidu academic
[刘中玉]'s Articles
Bing Scholar
Similar articles in Bing Scholar
[刘中玉]'s Articles
Terms of Use
No data!
Social Bookmark/Share
All comments (0)
No comment.
 

Items in the repository are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.