高亚音速下翼型非定常气动力数值仿真研究

Numerical Simulation of Unsteady Aerodynamic Loads at High Subsonic Mach Numbers
QIAN Yu1 ， DENG Yue － lian2 ， XIAO Yan － ping1
（ 1． CivilAviation Flight University of China，Guanghan Sichuan 618307 ，China； 2． Operational Management Department， China Eastern Airline，Shanghai 200051 ，China） ABSTRACT： The unsteady aerodynamic loads are the basis of the aeroelasticity． This paper focused on the computation of the unsteady aerodynamic loads for forced periodic motions under high subsonic Mach numbers． The flow was modeled using the Euler equations and an unsteady time － domain solver was used for the computation of aerodynamic loads for forced periodic motions． The Euler equations were discretized on curvilinear multi － block body conforming girds using a cell － centred finite volume method． The implicit dual － time method proposed by Jameson was used for time － accurate calculations． Rigid body motions were treated by moving the mesh rigidly in response to the applied sinusoidal motion． For NACA 0012 airfoil，a validation of the unsteady aerodynamics loads was first considered． Furthermore，a study for understanding the influence of motion parameters，the Mach number，the mean angle of incidence，the reduced frequency，the amplitude，was also conducted． A reverse of the trend of hysteretic loops can be observed with the increasing of the Mach number． Nonlinear hysteretic loops were turned up when increasing the amplitude and the reduced frequency during the applied pitch sinusoidal motion． KEYWORDS： Numerical simulation； Unsteady flow； Hysteresis effect； Hysteresis loop
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引言
安全是民航生存的基本 。 随着现代民用客机巡航速度
界问题和运动网格的应用， 并对程序作了一系列验证工作 。 周新海
［2 ］
通过求解雷诺平均 N － S 方程并结合移动网格技
的不断提高， 现代客机巡航速度一般都在 0． 74 Ma ～ 0． 85 Ma 之间。飞机在这个速度范围飞行时， 机翼处在强非定常 流动中。非定常气动力的研究是气动弹性研究的基础， 能够 在设计阶段避免颤振、 抖振现象的发生， 在工程上具有重要 意义。迟滞效应是非定常气动特性的一种体现， 由于其流场 的复 杂 性 一 直 是 空 气 动 力 学 研 究 的 一 个 重 要 领 域 。 Nichols［1］ 等发展了一种全隐式子迭代算法用于研究运动边
第 30 卷
第1 期
计
算
机
仿
真
Байду номын сангаас
2013 年 1 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2013 ） 01 － 0165 － 04
高亚音速下翼型非定常气动力数值仿真研究
钱
1 2 1 宇 ， 邓月莲 ， 肖艳平
（ 1． 中国民航飞行学院飞行技术学院， 四川 广汉 618307 ； 2． 中国东方航空股份有限公司运行管理部， 上海 200051 ） 摘要： 非定常气动力的研究是气动弹性研究的基础 。 针对高亚音速下翼型强迫周期运动的非定常气动力数值模拟， 采用 Jameson 提出的有限体积法求解 Euler 方程， 利用具有二阶离散精度的双时间隐式推进方法， 在验证了程序可靠性的基础上， 研究了高亚音速时不同飞行马赫数 、 初始迎角、 振幅和减缩频率时翼型做强迫俯仰振荡的迟滞效应。仿真结果表明， 随着飞 行马赫数的增加， 迟滞环的面积逐渐增大， 俯仰力矩系数的迟滞环随着马赫数走向将发生变化； 俯仰力矩系数的迟滞环随着 初始迎角的增大由动稳定变化为动不稳定， 同时走向发生改变； 随着减缩平率的增大， 非定常迟滞效应越明显。 关键词： 数值模拟； 非定常流动； 迟滞效应； 迟滞环 中图分类号： V211． 3 文献标识码： B
术， 对振荡叶栅绕流进行了分析， 并对简单结构模型进行了 颤振分析。由于非定常问题的复杂性， 仍需进行大量、 细致、 深入的研究工作。 本文采用 Jameson 提出的有限体积法求解 Euler 方程， 利用具有二阶离散精度的双时间隐式推进方法， 在验证了程 研究了 NACA 0012 翼型在亚音速及高亚 序可靠性的基础上， 音速情况下不同飞行马赫数 、 初始迎角、 振幅和减缩频率时 翼型做强迫俯仰振荡的迟滞效应， 得到了一些有意义的结 论， 从而实现了对高亚音速下振荡翼型非定常气动力问题进