大展弦比无人机翼的流固耦合分析及其在应用中的挑战

本文主要探讨了单向和双向流固耦合方法在无人机翼设计中的应用。无人机，特别是高空长航时无人侦察飞行器，由于其任务需求，如在气流不稳定对流层至平流层间的飞行，对机翼的性能有着特殊要求。这类机翼通常采用大展弦比柔性结构，以减轻重量和提高续航能力，然而这种结构也带来了挑战，比如气动载荷引起的几何非线性以及可能导致的颤振风险。 流固耦合分析方法是解决这类问题的关键，它结合了结构的弹性振动方程与流体动力学方程，以处理非线性变形和气动弹性稳定性问题。柳兆伟的研究[4]特别关注大展弦比大挠性机翼，采用单向和双向耦合策略，对静态和动态特性进行了深入分析。单向耦合可能侧重于某一介质（通常是流体）对结构的影响，而双向耦合则考虑两者相互作用的动态交互。 阮远[5]以复合材料叶片为例，探讨了流固耦合对振动特性的影响，强调单向耦合在叶片尺寸较小、干扰流场程度有限的情况下适用。邓艳波[6]则针对风力机翼，利用Ansys-CFX进行流固耦合分析，验证了气动性能模型的有效性，并发现叶尖振动在设计工况下的稳定行为。 马艳峰等人[7]的非线性颤振特性研究显示，大展弦比机翼的颤振特性受攻角影响复杂，传统线性分析方法在此类机翼上效果不佳。赵林建[8]针对直升机旋翼，构建了流固耦合算法，但忽略了桨叶弹性变形对流场的影响，导致部分结果与实际工况有所偏差。 渠晓溪[9]的工作中，通过ANSYS-Fluent软件进行了复合材料机翼的单向流固耦合分析，相较于全金属材料，揭示了复合材料在特定条件下的优势或不足，但其研究仅限于静力学分析，没有涵盖更全面的动力学行为。 总结来说，流固耦合在无人机翼设计中起着至关重要的作用，它能够帮助工程师理解并优化机翼在极端环境下的性能，确保飞行器在任务中的安全性和效率。未来的研究将继续深化对复杂流固耦合现象的理解，以便为无人机设计提供更精确的理论基础和计算工具。