弹性机翼阵风响应的数值计算与模态叠加法

"该文是关于弹性机翼在阵风作用下的动力响应数值计算方法的研究。作者通过数值方法求解三维非定常Euler方程获取气动特性，并利用模态叠加法处理弹性影响，实现了流体力学和弹性力学的耦合计算。文章通过实例验证了计算方法的有效性，对比了刚性和弹性机翼在阵风作用下的不同响应，特别是弹性机翼的升力峰值较低，与文献结果相符。进一步，研究考虑了高阶弹性模态，发现这会导致计算结果中出现高频波动，且波动频率与高阶模态自身频率相关。该研究对于理解和预测飞行器在复杂气流环境下的动力响应具有重要意义。" 本文详细探讨了弹性机翼在阵风条件下的动力响应计算，旨在解决现代高速飞机设计中遇到的重要问题。首先，作者建立了计算模型，采用数值方法解决三维非定常Euler方程，以获取机翼的气动特性。这一过程是通过求解流体动力学方程来模拟空气流动的影响。 接着，为了考虑结构的弹性效应，采用了模态叠加法。这种方法允许将结构的复杂动态行为分解为一系列简单的振动模式，从而实现流体力学与弹性力学的耦合计算。通过计算攻角突然增大下的刚性机翼响应和二维NLR7301翼型的极限环振荡，验证了所提出的计算方法的准确性和可靠性。 在阵风响应的分析中，作者对比了刚性和弹性机翼的差异。当仅考虑前三个基本模态的弹性效应时，弹性机翼的升力峰值显著低于刚性机翼，这与已有文献的结果一致，表明弹性效应可以显著改变机翼的动力响应特性。 进一步，研究扩展到包含高阶弹性模态的计算。结果显示，虽然高阶模态并未改变整体响应趋势，但却引入了高频波动，这些波动的频率直接对应于高阶模态的自然频率，揭示了弹性模态在动力响应中的重要作用。 这项研究提供了弹性机翼阵风响应的深入理解，为飞机设计和飞行安全提供了有价值的理论支持。通过数值分析，可以更准确地预测飞行器在遭遇阵风或其他不确定气流时的行为，有助于优化设计并避免潜在的气动弹性问题。