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相似文献
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1.
CFD结合降阶模型预测阵风响应   总被引:3,自引:2,他引:1  
杨国伟  王济康 《力学学报》2008,40(2):145-153
传统的阵风响应主要在频域内进行分析,气动载荷基于线性方法计算,不能考虑黏性和跨声速流动影响.飞机设计需考虑不同频率和不同形状阵风的响应,基于CFD的阵风响应预测由于计算工况太多,工作量巨大.本文发展了一种CFD结合非定常气动力ARMA(autoregressive-moving-average model)降阶模型的阵风响应分析方法,CFD只要针对给定频率和形状的一种阵风响应进行计算,对获得的气动力时间历程运用线性最小二乘法参数辨识ARMA降阶模型的系数,则对任意频率和形状的阵风,代入降阶模型即可确定该阵风的响应,大大提高了计算效率.为效验发展的方法,先计算NACA0012翼型在低马赫数0.11的阵风响应,通过对比CFD、ARMA降阶模型及早期发展的不可压阵风响应预测方法的结果,验证了方法的有效性.再对比CFD、ARMA在跨声速马赫数0.8的阵风响应预测结果,证实所发展的方法对跨声速阵风响应预测亦是有效的.  相似文献   

2.
事先建立一个低阶的非线性、非定常气动力模型是开展非线性流场中气动弹性问题研究的一个捷径.基于CFD方法,通过计算结构在流场中自激振动的响应来获得系统的训练数据.采用带输出反馈的循环RBF神经网络,建立时域非线性气动力降阶模型.耦合结构运动方程和非线性气动力降阶模型,采用杂交的线性多步方法计算结构在不同速度(动压)下的响应历程,从而获得模型极限环随速度(动压)变化的特性.两个典型的跨音速极限环型颤振算例表明,基于气动力降阶模型方法的计算结果与直接CFD仿真结果吻合很好,与后者相比其将计算效率提高了1~2个数量级.  相似文献   

3.
弹性支撑圆柱绕流稳定性分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
基于CFD 技术,采用系统辨识方法,建立了亚临界雷诺数(Re < 47) 下绕圆柱流动的非定常气动力模型(reduced order model, ROM). 耦合结构运动方程和降阶气动力模型,建立了弹性支撑圆柱绕流的稳定性分析模型. 算例分析了亚临界雷诺数下,结构固有频率、质量比等参数以及支撑方式对弹性系统稳定性的影响. 对于单自由度横向支撑圆柱,当结构固有频率趋近流动最不稳定模态频率时,弹性系统会在一定频率范围内失稳,这种现象最低可在Re~20 时出现. 旋转自由度的释放能够进一步降低系统的稳定性,可将临界雷诺数进一步降低至18 左右. ROM 方法不仅具有很高的效率,而且清晰地指出了弹性系统失稳的根本原因:流动模态和结构模态耦合作用导致结构模态失稳所致. 因此,失稳状态下系统振荡频率锁定于结构固有频率. 基于ROM 技术预测的失稳边界与直接CFD/CSD 仿真结果吻合,证明了该方法的正确性和精度.  相似文献   

4.
建立了基于Kriging代理和递归算法的变厚度翼型气动力降阶模型,将滤波的高斯白噪声作为输入信号,采用计算流体力学(CFD)方法获得不同厚度下翼型的非定常气动力并将其作为降阶模型的训练样本。该降阶模型不仅大大提高了非定常气动力的计算效率,而且其预测得到的非定常响应的精度不低于92.01%。通过蒙特卡洛法的变厚度翼型全局灵敏度分析表明,俯仰运动是影响气动力波动的主要因素,俯仰与沉浮位移的耦合对气动力影响很小。考虑翼型变厚度时对翼面压力及分离点的影响,本文建立了压强系数的降阶模型。通过与CFD结果的对比,得到其精度为99.9995%,验证了降阶模型的正确性和有效性。  相似文献   

5.
基于气动力辨识的ASE模型降阶研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
CFD/CSD耦合计算能够准确预测跨音速段飞行器弹性振动的非定常气动力, 但其带来的巨大 计算量及高阶维数不利于气动弹性系统的分析与综合. 针对于此,采用系统辨识及 均衡截断技术对高阶气动伺服弹性模型进行降阶处理,并利用所得到的低阶模型进行系统综 合:(1) 基于Volterra级数气动力辨识技术,得到非定常气动力的时域降阶模型(ROM), 耦合结构动力学模型及控制机构动力学模型获得气动伺服弹性(ASE)状态空间方 程;(2) 利用均衡截段法对时域ASE模型进行进一步降阶,得到能够较真实反映所关心频域内系统响应 的低阶ASE模型;(3) 针对建模误差和降阶误差存在造成的系统不确定性问题,结合降阶模型 采用混合灵敏度$H_{\infty}$控制方法设计颤振主动抑制鲁棒控制律,保证其作用 于真实系统的有效性;对控制器进行 均衡阶段降阶并保持其鲁棒性,得到低阶鲁棒的颤振抑制控制器. 最后利用典型的BACT模型 进行气动伺服弹性的降阶及主动颤振抑制控制,仿真结果表明,基于ROM建立的低阶气动弹 性模型能够较真实地反应系统的颤振特性;而基于截断后的降阶模型所设计的低阶鲁棒控制 器能够有效应用于存在不确定性摄动的实际系统,并将系统颤振速度提高36%.  相似文献   

6.
基于当地流活塞理论的气动弹性计算方法研究   总被引:9,自引:1,他引:8  
张伟伟  叶正寅 《力学学报》2005,37(5):632-639
发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算 方法------基于定常CFD技术的当地流活塞理论. 运用当地流活塞理论计算非定常 气动力,耦合结构运动方程,实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟. 运用这 种方法计算了一系列非定常气动力算例和颤振算例,并和原始活塞理论、非定 常Euler方程结果作了比较. 由于局部地使用活塞理论假设,这种方法大大地克服 了原始活塞理论对飞行马赫数、翼型厚度和飞行迎角的 限制. 与非定常Euler方程方法相比,当地流活塞理论的效率很高.  相似文献   

7.
阵风响应分析是大型民用飞机设计必不可少的工作. 利用操纵面的主动偏转实现机翼阵风减缓是未来民用飞行器的一个关键技术. 基于CFD/CSD耦合的气动弹性仿真方法,将阵风视为输入,翼根弯矩作为输出,通过系统辨识方法建立跨音速阵风响应的状态空间分析模型. 而后将副翼作动位移视为系统输入,建立副翼作动对应的机翼响应分析模型. 耦合上述2个模型,通过最优控制方法设计副翼偏转的控制律,实现跨音速机翼的阵风响应减缓. 通过设计状态观测器得到最优控制反馈所需的状态量. 通过数值算例验证了所设计的阵风减缓控制律的有效性,能将翼根弯矩减少60%~80%.  相似文献   

8.
基于当流活塞理论的气动弹性计算方法研究   总被引:3,自引:0,他引:3  
发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算方法--基于定常CFD技术的当地流活塞理论.运用当地流活塞理论计算非定常气动力,耦合结构运动方程,实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟.运用这种方法计算了一系列非定常气动力算例和颤振算例,并和原始活塞理论、非定常Euler方程结果作了比较.由于局部地使用活塞理论假设,这种方法大大地克服了原始活塞理论对飞行马赫数、翼型厚度和飞行迎角的限制.与非定常Euler方程方法相比,当地流活塞理论的效率很高.  相似文献   

9.
弹性机翼阵风响应数值计算方法   总被引:9,自引:2,他引:7  
建立了求解弹性机翼阵风响应的计算方法.在计算中,通过采用数值方法求解三维非定常Euler方程来获得气动特性;采用模态叠加的方法考虑弹性影响,实现了流体力学和弹性力学的耦合计算.通过对刚性机翼在攻角突然增大的阵风作用下的响应历程计算和二维NLR7301翼型的极限环振荡计算,对计算方法进行了验证.此后在"1-cos"阵风响应的计算中考虑弹性效应影响,先是只考虑了结构变形的前三个基本模态,弹性机翼气动力响应的计算结果与刚性机翼的响应计算结果有比较大的区别,弹性机翼阵风响应的升力峰值低于刚性机翼,这与文献中的结果是一致的.最后在计算中考虑了高阶弹性模态,计算结果表明:考虑高阶模态后,机翼气动力计算结果的总体变化趋势与只考虑前三个模态时基本一致,但结果中出现了高频的波动,波动的频率与高阶模态本身的频率有关.  相似文献   

10.
基于CFD的气动力建模及其在气动弹性中的应用   总被引:3,自引:0,他引:3  
CFD技术为带有气动力非线性的气动弹性分析提供了一种研究途径, 但是基于CFD的气动弹性直接数值模拟方法的计算量很大,不便开展定性分析和参数设计.基于CFD的非定常气动力模型的降阶技术为缓解计算效率与计算精度之间的矛盾以及系统的 复杂性与易分析、易设计性之间的矛盾提供了行之有效的技术途径.综述了近年来发展的两类基于CFD技术的非定常气动力降阶技术和一种非线性气动力的谐波 平衡方法,以及这些方法在非线性气动弹性研究中的运用.对比了各种方法的优越性并作了进一步的展望.  相似文献   

11.
Computational fluid dynamics (CFD) based unsteady aerodynamic reduced-order model (ROM) can offer significant improvements to the efficiency of transonic aeroelastic analysis. To construct a ROM based on mode shapes, one run of CFD solver is needed to compute aerodynamic responses corresponding to mode excitations. When mode shapes change with structure, another run of the CFD solver is required to construct the new ROM. The typically large computational cost associated with repeated runs of the CFD solver impedes the application of existing unsteady aerodynamic reduced-order modeling methods to transonic aeroelastic design optimization and aeroelastic uncertainty analysis. This paper demonstrates a method that can replace the CFD solver used in the process of existing unsteady aerodynamic reduced-order modeling. It can produce aerodynamic responses corresponding to mode excitations for arbitrary mode shapes within a few seconds. Computational cost can be reduced by two orders of magnitude using the mode excitations and the corresponding aerodynamic responses computed by the method to construct the ROMs used for flutter analyses in aeroelastic design optimization or aeroelastic uncertainty analysis in transonic regime compared with the existing unsteady aerodynamic reduced-order modeling methods. Results show that the method can accurately produce the aerodynamic responses corresponding to the mode excitations and predict the flutter characteristics of AGARD 445.6 wings root-attached in three different ways.  相似文献   

12.
This paper presents a parametric reduced-order model (ROM) based on manifold learning (ML) for use in steady transonic aerodynamic applications. The main objective of this work is to derive an efficient ROM that exploits the low-dimensional nonlinear solution manifold to ensure an improved treatment of the nonlinearities involved in varying the inflow conditions to obtain an accurate prediction of shocks. The reduced-order representation of the data is derived using the Isomap ML method, which is applied to a set of sampled computational fluid dynamics (CFD) data. In order to develop a ROM that has the ability to predict approximate CFD solutions at untried parameter combinations, Isomap is coupled with an interpolation method to capture the variations in parameters like the angle of attack or the Mach number. Furthermore, an approximate local inverse mapping from the reduced-order representation to the full CFD solution space is introduced. The proposed ROM, called Isomap+I, is applied to the two-dimensional NACA 64A010 airfoil and to the 3D LANN wing. The results are compared to those obtained by proper orthogonal decomposition plus interpolation (POD+I) and to the full-order CFD model.  相似文献   

13.
基于CFD的方形截面导弹纵向虚拟飞行模拟   总被引:2,自引:1,他引:1  
通过将飞行力学模型及操纵控制舵面的控制律同流体力学方程耦合求解,能够完成基于CFD方法的虚拟飞行模拟.通过这种方法实现了方形截面导弹的纵向虚拟飞行模拟.着重介绍了将飞行力学方程及舵偏控制律耦合到CFD解算器中的方法,以及用于复杂外形的需要随飞行器及舵偏一起运动的多块结构网格更新方法,研究成果未来可用于非线性条件下飞行器稳定性及控制律的检验.完成了方形截面导弹纵向虚拟飞行模拟,包括纵向俯仰自由度的迎角保持机动和通过舵面的偏转控制飞行器迎角按照预定的变化量减小;通过两种典型机动动作的模拟,证明发展的耦合计算方法以及所采用的配平算法可以成功地应用于虚拟飞行模拟中.  相似文献   

14.
一种高效的叶轮机叶片气动阻尼计算方法   总被引:2,自引:0,他引:2  
运用叠加原理, 发展了一种可以运用于小振幅运动的叶 轮机叶片非定常气动力降阶模型, 并将该模型与传统的能量法相结合, 提出了一种叶轮机叶 片气动阻尼的高效求解方法. 运用该方法求解叶轮机叶片的气动阻尼系数, 对某个频率、某 个模态只需要进行一次非定常计算, 就可以求出所有叶间振动相角下的气动阻尼系 数, 提高了气动阻尼的求解效率. 在STCF4和NASA Rotor 67两个算例上运用非定常雷诺平均N-S(RANS)方程和提出的降阶模型进行了对比计算. 算例表明, 在小振幅下该方法的计算结果与RANS方程计算得到的气动阻尼系数能很 好地吻合, 而计算效率相比多通道非定常RANS方程计算提升了近一个数量级, 并且 该方法还可以运用于有失谐情况的颤振分析, 在工程上有较高的应用价值.  相似文献   

15.
结合CFD和当地流活塞理论的全机组合体超声速颤振分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
针对翼.身组合体飞行器面对称布局的特点,利用模态振型的对称和反对称性,以分枝模态法建立结构的运动微分方程,结合CFD的当地流活塞理论计算飞行器的非定常气动力,建立飞行器全机组合体的气动弹性数学模型。对飞行器进行了来流为1.5~7马赫数下的颤振分析,结果与全CFD/CSD耦合时域仿真结果较好吻合,验证了本文方法在工程设计中的有效性和可行性。本文方法的效率在相同精度下比CFD/CSD耦合的时域方法高100倍。  相似文献   

16.
The application of unsteady computational fluid dynamics (CFD) codes to aeroelastic calculations leads to a large number of degrees of freedom making them computationally expensive. Reduced‐order models (ROMs) have therefore been developed; an ROM is a system of equations which is able to reproduce the solutions of the full set of equations with reasonable accuracy, but which is of lower order. ROMs have been the focus of research in various engineering situations, but it is only relatively recently that such techniques have begun to be introduced into CFD. In order for the reduced systems to be generally applicable to aeroelastic calculations, it is necessary to have continuous time models that can be put into discrete form for different time steps. While some engineering reduction schemes can produce time‐continuous models directly, the majority of methods reported in CFD initially produce discrete time or discrete frequency models. Such models are restricted in their applicability and in order to overcome this situation, a continuous time ROM must be extracted from the discrete time system. This process can most simply be achieved by inverting the transformation from continuous to discrete time that was initially used to discretize the CFD scheme. However an alternative method reported in literature is based on continuous time sampling, even when this is not used for the initial discretization of the CFD code. This paper focuses on one particular method for ROM generation, eigensystem realization algorithm (ERA), that has been used in the CFD field. This is implemented to produce a discrete time ROM from a standard CFD code, that can be used to investigate methods for obtaining continuous ROMs and the limitations of the resulting models. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

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