两种高精度高效率静气弹数据传递函数

遵循静气弹问题中气动/结构网格之间的数据传递要求,引入了基于径向基函数的流固耦合界面数据传递方法,确定了紧支半径的选取原则,并编制相应的计算程序。以M6机翼为例,将不同径向基函数的插值精度及计算效率进行比较,结果表明体样条（Volume Spline）函数和C2函数具有良好的插值精度和计算效率。这两种流固耦合界面数据传递方法非常适用于工程应用。     

学科间载荷参数空间插值传递方法

针对多学科优化分析中面面耦合学科网格间载荷传递的问题, 提出了在参数空间中的三次函数插值传递方法.该方法将三维空间的源学科载荷点投影到二维参数空间平面上, 用三次插值函数对目标点载荷进行计算.此方法解决了叶片表面弯曲对载荷传递精度的影响.某涡轮叶片温度传递的结果表明本文的方法具有很高的精度.      

学科间信息传递的参数化空间散乱数据插值法

耦合信息传递是实现耦合系统求解的关键技术之一,本课题研究了参数空间散乱数据插值方法.为了避免三维插值空间平整性导致的插值误差,将三维耦合界面进行参数化处理,在参数空间中构造插值函数进行插值传递.针对径流式叶片的特点,进行了温度插值传递.从插值效果看,这种基于参数空间的数据插值方法保证了较高的插值精度.比较了反距离加权平...     

基于物理量梯度修正的RBF数据传递方法

径向基函数是复杂外形飞行器多场耦合计算中重要的数据传递方法。复杂飞行器物理量分布通常与局部流动特征密切相关且在不同区域变化剧烈,如何在具备各向同性特征的径向基函数中考虑实际物理量各向异性分布因素的影响成为制约其精度进一步提升的关键。针对径向基函数的问题,提出了一种基于局部物理量梯度对径向基三方向权重进行自适应修正的数据传递新方法。采用高超声速舵面、翼身组合体算例对该方法在单次数据传递中的可行性及效果进行了验证,同时基于该方法对压缩拐角外形开展了气动力/热/结构多场耦合数值模拟,并与风洞试验结果进行了对比分析,以验证该方法在实际耦合问题计算长时间高频次数据传递中的适用性及可靠性。研究结果表明该方法能够很好地提升如薄板样条插值（TPS）、多重二次函数插值（MQ）等全域基函数的单次插值效果,并且有效地改进了MQ方法对形态参数的鲁棒性,而对于梯度修正后的紧支基函数,其改进效果更佳,以较少的点达到了TPS、MQ等全域基函数的插值效果,实现了数据传递效率和精度的兼顾。采用该方法获得的耦合计算结果与试验对比一致,表明了该方法的可用性以及在复杂外形多场耦合问题中的良好工程应用前景。     

一种高效的CFD/CSD耦合飞行器多学科优化设计方法

建立了一种基于CFD/CSD (computational fluid dynamics/computational structure dynamics)耦合的多学科优化设计方法.该方法采用结构有限元方程进行结构特性分析,同时采用数值求解N-S方程方法获得气动载荷,保证了设计结果的可信性,并采用基于代理模型的优化设计方法解决了采用高精度模型后计算量太大的问题.采用RBF(径向基函数)插值方法进行流固耦合界面数据插值,保证了传递过程中的能量守恒.利用建立的优化设计方法对一典型的翼身组合体进行了气动和结构优化设计,算例表明在满足约束条件的前提下优化后阻力和质量分别减小了5.0%和4.2%,证明了该方法的有效性.      

基于径向基函数的网格变形及非线性气动弹性时域仿真研究

为开展非线性气动弹性研究,基于非线性结构有限元软件NASTRAN和自主研制的多块结构化计算流体力学(CFD)求解器,开发了一套基于计算流体力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合求解方法的气动弹性时域仿真程序.该程序采用径向基函数(RBF)交换两套求解器之间的数据并进行网格变形.为提高RBF方法的效率,构造了基于多次插值的空间待插值点精简算法.在多次插值过程中,每次插值的对象为上次插值的误差,并同时限制插值区域,以此实现了空间待插值网格数的精简.数个网格变形的算例表明该方法可支持大变形运动,并且具有较高的计算效率.采用此程序开展了AGARD 445.6机翼颤振计算、大展弦比机翼的静气动弹性计算与切尖三角翼极限环振荡(LCO)现象的动气动弹性仿真,结果揭示了当机翼展弦比较大或者响应幅值较大时,结构非线性对于气动弹性有显著影响.     

非结构嵌套网格中的一种改进型径向基函数插值方法

非结构混合网格拓扑关系相对复杂,在嵌套边界区域进行流场信息插值传递容易有精度的损失。利用已知的解析函数作为插值样本,对线性插值(LINE)、距离倒数权重插值(WA)、逆二次径向基函数插值(IQ)、Wendland暞sC2径向基函数插值四种方法的精度进行对比,筛选出精度较高的C2径向基函数;提出一种改进的C2径向基函数插值方法,通过调整径向基函数的作用半径来控制插值矩阵条件数,进而消除使用径向基函数插值在嵌套边界区域出现的数值奇性问题;选用MD30P/30N 多段翼与三维AEDC典型外挂物分离模型对该插值方法进行验证。结果表明:改进后的径向基函数插值方法能够有效消除嵌套边界区域数值奇性,同时计算收敛速率更快,插值精度更高。     

曲面样条函数在翼面气动载荷处理中的应用

介绍了利用曲面样条函数进行翼面气动压强系数Cp插值，将气动载荷方便快捷地处理成有限元节点载荷的计算方法。     

基于MDO体系的涡轮叶片热-结构耦合分析

在涡轮叶片参数化建模和气动分析基础上,开发了三维坐标插值程序,实现了学科间载荷信息传递;基于经验准则公式,开发了换热系数计算程序;在研究ANSYS软件参数化设计语言的基础上,利用插值及换热程序输出APDL参数化加载宏文件,实现了边界条件的精确加载;基于ANSYS软件APDL命令流,设计了涡轮叶片热分析模块及热-结构耦合分析模块,为建立涡轮叶片MDO体系奠定了基础。     

不对抵称转子临界转速的计算方法

考虑某膨胀涡轮转子具有不对称支承刚性及不对称阻尼等特点,针对转子具体结构形式进行适当简化得到计算模型;采用考虑刚性、阻尼、集中质量耦合的传递矩阵与匀质轴克雷洛夫函数精确解的传递矩阵,同时考虑轮盘不平衡偏心引起的强迫激振、x-y两个方向的振动耦合,计算该转子的临界转速与振型,并分析计算结果;用简单算例对程序进行验证,将简单盘的程序计算结果与试验结果进行比较.     

冷轧带钢轧制压力分布计算

利用经典轧制力模型和轧辊压扁模型，考虑二者的耦合推导出考虑轧辊压扁半径的轧制力显示计算公式，在此基础上开发了基于影响函数法的冷轧带钢轧制压力分布计算程序，并用该程序结合实际生产中的采样数据模拟计算了HC冷轧机各道次的轧制压力分布和总轧制力，将所得计算结果与现场实测数据进行比较。结果表明：所得轧制力计算结果与现场实测数据平均值相近，轧制压力分布与实际相符，为HC轧机板形控制提供了一种计算轧制压力分布的有效方法。     

网格之间流场信息传递的高精度方法和验证

理论分析了插值方法引入误差的原因,提出一种利用时间推进方法和移动网格技术实现网格之间流场信息传递的思想,并构造计算方法。在介绍新的信息传递算法原理的基础上,根据三维情况下传递过程需要满足的时间推进步长稳定性条件,推导出最小推进步数的要求。最后,通过对激波诱导物体运动的非定常流动模拟,比较了信息传递算法和线性插值、加权最小二乘插值方法,计算结果表明,与插值方法相比,信息传递过程没有引入误差,能有效抑制非物理振荡,保持流场计算精度。     

压敏漆测量三角翼模型气动载荷的超声速风洞实验

采用压敏漆在超声速风洞中测量三角翼模型气动载荷,得到了应用压敏漆测压与天平测力相结合获取的三角翼模型气动载荷对比实验结果。简述了压敏漆原理、标定、试验设置和数字图像数据处理方法。由于尺寸限制,模型没有开设测压孔。对三角翼模型进行了数值计算,对试验和计算得到的结果进行了比较分析。     

不对称转子临界转速的计算方法

考虑某膨胀涡轮子具有不对称支承刚性及不对称阻尼等特点，针对转子具体结构形式进行适当简化得到计算模型；采用考虑刚性，阻尼，集中质量耦合的传递矩阵与匀质轴克雷洛夫函数精确解的传递矩阵，同时考虑轮盘不平衡偏心引起的强迫激振，x-y两个方向的振动耦合，计算该转子的临界转速与振型，并分析计算结果；用简单算例对程序进行验证，将简单盘的程序计算结果与试验结果进行比较。     

起落架有限元梁模型建立及其静力学分析

为了获得起落架载荷传递以及评估几何非线性和静不定对起落架载荷传递的影响,同时探索起落架结构有限元梁模型的建模方法,应用HyperMesh和Ansys联合仿真的方法搭建某型具有局部静不定特征的前起落架、主起落架有限元梁模型;使用此模型进行三种载荷工况的静力学计算,获得考虑静不定和几何非线性的起落架接头和截面载荷,以及在单位载荷作用下起落架的航向、侧向和扭转刚度,并与传统方法计算结果进行对比.结果表明:有限元方法和传统方法获得的接头载荷有差异,部分差异超过了±10％,最大差异达到30％;计算前起落架外筒横梁、斜梁截面内力的传统方法及其简化具有合理性,对起落架支柱设计具有指导意义.     

数据可视化处理的数学模型

就数据的可视化处理问题,根据数据的分布范围,进行数据处理、网格划分、插值计算,建立了二维数据可视化模型;对比现有的三种空间插值理论的计算结果,设计出比较理想的综合插值法,建立了空间数据可视化模型。通过对比分析,该模型具有计算量少,插值效果好,适用广泛等优点。     

基于Kriging代理模型的锥柱形膜片屈曲载荷计算

基于Kriging代理模型,建立了一种考虑膜片半径与厚度、锥段高度与角度等典型结构特征的计算屈曲载荷的工程方法,并选取典型样本点对模型进行了数值验证.结果表明:基于Cubic相关函数建立的Kriging代理模型预测未知样本点屈曲载荷误差控制在5%以内,较常用的Gauss相关函数更适合建立锥柱形膜片屈曲载荷的Kriging代理模型;此代理模型能准确计算未知样本点的屈曲载荷,减少了繁杂的有限元建模与计算过程;根据设定的屈曲载荷,代理模型可计算各典型特征的参数值,并可作为锥柱形膜片结构优化设计的约束函数或目标函数.      

飞机翼面气动载荷压力分布有限元节点插值方法研究

以气动点上的压力值作为输入,通过插值方法得到结构有限元节点上的压力值,分别采用薄板样条插值函数和弯曲板单元形函数插值的方法进行有限元节点的压力值计算,并将两者的插值结果进行了比较。结果表明,两种方法计算得到的总载、总矩均与试验结果符合较好,误差均在3%以内。相比较而言,弯曲板单元插值方法计算得到的压力分布曲面更光滑,总载、总矩也更为准确。     

大展弦比柔性机翼的结构与气动耦合特性分析

针对人展弦比柔性机翼，本文提出了一种考虑结构与气动相互耦合的静气动弹性分析方法，通过以下迭代过程得到结构变形和气动载荷的稳定状态：采用亚音速面元法年和核函数法计算气动影响系数和翼面升力：采用有限元技术计算结构变形：采用B样条函数实现结构网格变形到气动网格变形的插值；采用载荷等效的二角形方法进行气动载筒和有限元节点载荷的转换。最后，通过一个后掠翼算例计算了柔性下的静气动弹性响应，并与刚性情况进行了对比。     

基于网格变形技术的涡轮叶片变形传递

为实现学科耦合,需要在涡轮叶片多学科设计优化的气动模型和结构模型之间传递温度、气压和变形等载荷.研究结构变形向气动网格传递的实现方法.参数空间插值方法解决耦合面网格不一致时的变形插值问题;网格变形技术用来调整气动网格内部节点的位置,保证变形传递后的网格质量.某涡轮叶片变形传递实例的表明:该方法能够用于多学科设计优化问题中的变形传递.