現(xiàn)代飛行器特別是軍用飛行器的設(shè)計普遍追求高速、高機(jī)動和輕量化的要求,遭遇跨聲速不穩(wěn)定分離流的情形越來越多,各種形式的跨聲速氣動彈性問題日益凸顯,并往往成為這類飛行器設(shè)計和使用過程中的瓶頸。雖然學(xué)術(shù)界和工程界已經(jīng)針對跨聲速氣動彈性問題開展了諸多研究,但是若干氣動彈性現(xiàn)象的誘發(fā)機(jī)理目前依然沒有得到合理的解釋,這直接導(dǎo)致了相關(guān)問題在型號設(shè)計和使用中頻繁暴露,嚴(yán)重影響其設(shè)計進(jìn)程和使用壽命。本文從跨聲速復(fù)雜流動的精細(xì)模擬和建模出發(fā),基于CFD/CSD時域仿真和降階模型方法,建立了適用于氣動彈性穩(wěn)定性問題和響應(yīng)問題的統(tǒng)一分析方法,并針對跨聲速復(fù)雜氣動彈性問題的誘發(fā)機(jī)理及其控制進(jìn)行研究。論文主要研究內(nèi)容如下:(1)開展了典型跨聲速非定常流動的數(shù)值模擬,并基于仿真數(shù)據(jù)和DMD方法開展了抖振流動的失穩(wěn)特性分析。二維抖振表現(xiàn)為單失穩(wěn)模式-窄頻特性,流動不穩(wěn)定和非定常特性由激波的弦向振蕩主導(dǎo)。三維抖振表現(xiàn)為多失穩(wěn)模式下的寬頻特性,其中的低頻響應(yīng)由激波的弦向和展向運(yùn)動主導(dǎo),展向失穩(wěn)與展長和后掠角等因素引起的三維效應(yīng)有關(guān);高頻響應(yīng)由翼梢的K-H型失穩(wěn)引起,但是URANS方法對這種失穩(wěn)流動模擬能力有限。(2)基于...

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    §1.1 跨聲速復(fù)雜流動
    §1.2 跨聲速氣動彈性研究現(xiàn)狀
        §1.2.1 穩(wěn)定性問題
        §1.2.2 響應(yīng)問題
        §1.2.3 目前研究的局限性
    §1.3 跨聲速氣動彈性控制研究進(jìn)展
    §1.4 本文的研究目的和主要工作
第二章 跨聲速復(fù)雜流動的數(shù)值模擬
    §2.1 數(shù)值仿真綜述
    §2.2 基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)的流動仿真
        §2.2.1 流動控制方程及時空離散
        §2.2.2 湍流模型
    §2.3 跨聲速翼型抖振算例驗證
        §2.3.1 參數(shù)敏感性研究
        §2.3.2 抖振載荷預(yù)測
        §2.3.3 抖振邊界預(yù)測
    §2.4 三維跨聲速抖振算例驗證
        §2.4.1 CRM模型介紹
        §2.4.2 定常算例驗證
        §2.4.3 抖振特性分析
    §2.5 本章小結(jié)
第三章 流動穩(wěn)定性分析及建模
    §3.1 綜述
    §3.2 基于DMD技術(shù)的流動穩(wěn)定性分析
        §3.2.1 DMD分析方法
        §3.2.2 流動的穩(wěn)定性分析
    §3.3 基于ARX模型的不穩(wěn)定流動建模
        §3.3.1 ARX模型及建模過程
        §3.3.2 不穩(wěn)定定常解
        §3.3.3 模型辨識
        §3.3.4 不穩(wěn)定系統(tǒng)的截斷
    §3.4 基于ERA技術(shù)的非定常流動建模
        §3.4.1 ERA建模方法簡介
        §3.4.2 模型建立
    §3.5 本章小結(jié)
第四章 跨聲速氣動彈性分析方法及驗證
    §4.1 引言
    §4.2 CFD/CSD時域耦合求解方法
    §4.3 基于ROM的顫/抖振統(tǒng)一分析模型
    §4.4 算例驗證
        §4.4.1 BACT模型
        §4.4.2 AGARD Wing 445.6
        §4.4.3 NSAP機(jī)翼
    §4.5 本章小結(jié)
第五章 若干復(fù)雜跨聲速氣動彈性問題機(jī)理研究
    §5.1 引言
    §5.2 跨聲速嗡鳴機(jī)理研究
        §5.2.1 A/B型嗡鳴機(jī)理分析
        §5.2.2 C型嗡鳴機(jī)理分析
        §5.2.3 A/B型和C型嗡鳴的比較和討論
        §5.2.4 結(jié)論
    §5.3 彈性特征對跨聲速抖振始發(fā)邊界影響
        §5.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)影響研究
        §5.3.2 抖振邊界降低
        §5.3.3 結(jié)論
    §5.4 跨聲速抖振鎖頻及誘發(fā)機(jī)理
        §5.4.1 鎖頻特性分析
        §5.4.2 鎖頻誘發(fā)機(jī)理研究
        §5.4.3 質(zhì)量比的影響
        §5.4.4 結(jié)論
    §5.5 本章小結(jié)
第六章 跨聲速抖振的主動和被動抑制
    §6.1 抖振控制研究綜述
    §6.2 研究模型及研究方案
    §6.3 基于CFD仿真的主動控制
        §6.3.1 開環(huán)控制
        §6.3.2 閉環(huán)控制
        §6.3.3 結(jié)論
    §6.4 基于ROM的閉環(huán)控制律設(shè)計
        §6.4.1 極點配置
        §6.4.2 LQR控制
        §6.4.3 控制律魯棒性檢驗
        §6.4.4 最優(yōu)控制律的討論
        §6.4.5 結(jié)論
    §6.5 被動反饋控制
        §6.5.1 控制模型
        §6.5.2 控制機(jī)理分析
        §6.5.3 參數(shù)影響研究
        §6.5.4 結(jié)論
    §6.6 本章小結(jié)
第七章 工作總結(jié)與展望
    §7.1 全文研究工作總結(jié)
    §7.2 論文主要創(chuàng)新點
    §7.3 未來工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
博士期間發(fā)表論文及獲得獎勵



本文編號：3762182