氣動彈性
關注創建者：李根_9953 創建時間：2019-07-28
氣動彈性的視頻教程
HAWC2的應用與開發(2)-網站安裝及其框架內容
HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版） 一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。該程序主要是基于丹麥技術大學風能部門的氣動彈性設計項目開發的，已在眾多研究項目和工業應用中使用。
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HAWC2的應用與開發-軟件功能介紹
HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版） 一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。該程序主要是基于丹麥技術大學風能部門的氣動彈性設計項目開發的，已在眾多研究項目和工業應用中使用。HAWC2是以載荷計算為主體的仿真軟件，將外部條件與機組運行狀態相關聯。
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氣動彈性的實例教程
張忠源1，段靜波2，路 平1
(1.陸軍工程大學石家莊校區 無人機工程系，石家莊 050003；2.石家莊鐵道大學 工程力學系，石家莊 050003)
摘要：圍繞無人機靜氣動彈性、柔性無人機的氣動彈性分析、氣動彈性非線性和氣動彈性主動控制幾個方面對無人機氣動彈性研究現狀做了分析總結，闡述了氣動彈性學科分類和相應特點。
關鍵詞：氣動彈性；無人機；穩定性；主動控制
隨著飛行器設計的需要，基于線性理論的三維非定常氣動力的計算成為迫切研究的重點，三維非定常氣動力的計算比二維計算難度要大得多，R Palacios等[7]運用三維歐拉方程建模，實現了空氣動力學和結構力學的詳細的三維表示；Z Sotoudeh[8]對高空長航時柔性無人機進行氣動彈性分析，開發了一套專門應用于此類無人機的計算程序，可以在較短時間內得到氣動彈性分析結果，為柔性無人機設計提供了便捷。D Tang[9]將柔性機翼的氣動彈性分析與風洞試驗相結合，介紹了一種彈性載荷作用下柔性大展弦比翼型氣動彈性模型的理論氣動彈性模型。
近年來無人機由于其有體積小、造價低、使用方便、對作戰環境要求低、戰場生存能力較強等優點，發展迅速(見圖1)。因此更高性能的無人機開始出現，遇到的氣動彈性問題也越來越突出，在進行無人機外形與結構設計時，解決或減少氣動彈性帶來的負面影響，成為了航空工程師們越來越迫切解決的難題。尤其非線性問題，包括無人機結構非線性和空氣動力非線性等，加大了無人機設計時氣動彈性方面的難度。氣動彈性力學需要考慮空氣動力的同時還需考慮材料結構的特性，因此氣動彈性力學是一門具有很高難度和復雜度的交叉科學。
展開 作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
氣動彈性顫振是作用在飛機上的空氣動力載荷導致其振動或振蕩時的一種現象。
空氣動力載荷和結構變形之間的正反饋回路會導致飛機顫振。
流體-結構相互作用的 CFD 模擬建立了氣動載荷與結構變形之間的關系，以幫助識別潛在的顫振風險。
飛機結構和氣流條件對氣動彈性顫振分析有重大影響
飛機結構在飛行過程中與周圍氣流相互作用時會受到各種空氣動力和力矩。該飛機旨在承受這些動態載荷以保持飛行穩定性。然而，在某些條件下，這些空氣動力載荷會導致飛機振動或擺動，從而引起稱為顫振的現象。
氣動彈性顫振是飛機設計中的一個重要問題，因為它容易導致結構失效。一種緩解策略是氣動彈性顫振分析，它可以提供有關顫振行為的更多詳細信息，并確定確保飛機安全所需的設計變更。
在本文中，讓我們進一步了解顫振的概念以及氣動彈性顫振分析在飛機性能中的重要性。
什么是氣動彈性顫振？
氣動彈性顫振是由于氣動載荷與結構之間的相互作用而在飛行器中發生的高頻振動。當飛機在空中移動時，空氣動力可能導致飛機結構變形。反過來，施加到結構上的空氣動力載荷也會發生變化。可以有兩種類型的更改：
氣動載荷與結構之間的反饋回路相互作用
正反饋回路
結構變形導致氣動載荷增加，進而導致進一步變形，從而進一步增加氣動載荷。
循環一直持續到飛行器達到不受控制的振動或振蕩階段。
展開 作為公認的飛機載荷、流體動力學及氣動彈性領域的領先專業廠家，斯特林動力公司已通過全球航空航天質量標準 AS9100 認證，并且是 ITAR（國際武器貿易條例）管制委員會的成員。
簡介
作為英國 NATEP（國家航空航天技術計劃）倡議的一部分，斯特林動力公司與 MSC軟件（英國）合作開發出一種用于飛機載荷的非線性氣動彈性工具包（參考文獻 1），并由最終用戶 BAE Systems 提供支持。通常會采用線性飛機模型來進行飛機載荷評估（例如陣風和機動載荷），但只將其視為一種可接受的分析手段，其中包括用非線性項改進建模精度和可靠性。通常只有那些定制開發出自有工具包的大型航空航天 OEM 廠家才擁有非線性氣動彈性解決方案。目前大多數飛機公司（兩家最大的 OEM 廠家除外）在進行處理時均基于線性假設，并已被認證機構認可作為飛機設計過程中生成陣風和機動載荷的合規手段。
由于通常認為線性模型過于保守，因此會使較小的 OEM 廠家處于不利地位。斯特林動力公司的項目目標是開發自己的內部工具包。與此同時，作為同一計劃的一部分，MSC 軟件（英國）的工具開發目的是開發商用產品。后面幾節將對 MSC 的開發工作進行詳細說明。
MSC 軟件協同仿真 CFD—FEA 組合
氣動彈性 CFD 機動工具包的主要特點在于它基于廣泛使用的 MSC Nastran 來進行有限元結構分析，采用 Cradle 的 scFLOW 處理計算流體動力學，輸入則由最終用戶 BAE Systems 提供。該工具可提高非線性氣動彈性效應的逼真度，這種效應會影響飛機在廣泛的實驗設計（DoE）設計空間中所承受的載荷。
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針對傳統商業有限元在處理變剛度復合材料（VSCL）與變厚度幾何時存在的網格畸變、計算耗時長、非線性極易發散等痛點，本人開發了一套基于 MATLAB 的高階半解析氣動彈性求解器。
本求解器直接基于連續介質力學方程進行離散，可實現復合材料板殼/懸臂翼面的極速參數掃描與深區非線性分岔追蹤。現分享部分計算結果，并承接相關復雜工況的定制計算與數據圖表輸出。
在氣動彈性分析方面，MSC Nastran具備靜氣彈、顫振、氣彈動響應、氣彈優化分析等多種功能，也支持考慮熱載荷、伺服等條件下的氣動彈性問題，請參考[1]。
MSC Nastran能夠有效解決各類大型復雜結構的強度、剛度、屈曲、模態、動力學、熱力學、非線性、聲學、流體-結構耦合、氣動彈性、超單元、結構疲勞、慣性釋放及結構優化等問題。
圖4.
（四）工程結構仿真
航空航天領域
在飛行器機翼的氣動彈性分析中，單元可模擬薄壁結構的大變形與復合材料層合效應，為結構優化提供數據支持。例如，對含損傷的復合材料機翼盒段分析，單元能準確預測損傷擴展路徑上的應力集中，指導維修方案設計。
汽車工業
在汽車覆蓋件的沖壓成形仿真中，單元可兼顧板料的大變形與厚度變化，模擬回彈現象。
氣動彈性設計：氣動彈性是結構和流體的耦合，是空中飛行器設計至關重要的考核內容。
多體動力學：重點研究推進系統結構的運動及部件受力。
推進和排放：主要從CFD領域分析流場和熱。
飛控和動力：涉及控制系統性能、控制策略、電子設備熱管理和熱機耦合等。
噪聲預測：分析艙內艙外噪聲，優化聲學處理措施，提高舒適性和符合環保要求。
時間精確功能：FlightStream 擁有時間精確仿真功能，能夠分析復雜動態場景，例如軌跡仿真和旋翼運動，垂直起降轉平飛，氣動彈性分析等等。這是許多傳統面元代碼所缺乏的功能。
松弛的Vortex-Wake流線方法：與簡單的尾流模型不同，FlightStream 可真實模擬尾流動力學，包括渦流拉伸和解體。這樣可以更準確地表示尾流與 下游組件的交互，例如螺旋槳尾流和機翼的干涉。
HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版）
一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。該程序主要是基于丹麥技術大學風能部門的氣動彈性設計項目開發的，已在眾多研究項目和工業應用中使用。
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HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版）
</div><p>是一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。
Nastran是美國MSC公司開發的大型通用結構分析軟件，具有統一的數據組織架構和全面的結構分析功能，主要包括線性分析、動力學分析、非線性分析、沖擊分析、優化設計、熱傳導及熱力耦合分析、氣動彈性及顫振分析等。
Patran/Nastran是開展仿真分析必不可或缺的工具之一，已經被廣泛應用于航空、航天、汽車、船舶、鐵道、機械、制造業、電子、建筑、土木、國防、生物力學等各個行業。
背景介紹
最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結構的影響，例如飛機機翼氣動彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題，核反應堆燃料棒的渦激振動問題等等。在數值仿真領域FSI概念擴展到一般性的CFD模型和FEA模型的數據交換問題。
