Моделирование автоколебаний упругого крыла в трансзвуковом потоке

Авторы

Кузьмина С. И.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

e-mail: kuzmina@tsagi.ru

Аннотация

Представлены особенности математической модели аэродинамических сил в трансзвуковом потоке. Модель основана на использовании конечно-разностного метода Годунова для решения нелинейных нестационарных уравнений Эйлера. Разработан алгоритм расчета характеристик динамической аэроупругости в трансзвуковом потоке на основании энергетического метода для представленной математической модели. Проводится исследование трансзвуковых автоколебаний и их связь с особенностями распределения давления и движения скачков уплотнения по поверхности крыла. Выполнено численное моделирование автоколебаний на примере крыла CAST.

Ключевые слова:

трансзвуковой флаттер, скачок уплотнения, амплитуда предельного цикла колебаний, аэродинамическое демпфирование, упругая конструкция

Библиографический список

1. Tichy L., Mai H., Fehrs M. et al. Risk analysis for flutter of laminar wings // 17th International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (25–28 June 2017; Como, Italy). IFASD-2017-19.
2.  Кузьмина С.И., Ишмуратов Ф.З., Карась О.В. Метод решения связанной задачи взаимодействия упругой конструкции с трансзвуковым потоком // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (19–24 августа 2019; Уфа). Уфа: Башкирский государственный университет, 2019. Т. 4. С. 270–272.
3.  Heeg J., Chwalowski P. Predicting Transonic Flutter Using Nonlinear Computational Simulations // 18th International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (IFASD-2019; 10–13 June 2019; Savannah, Georgia, USA). IFASD-2019-7.
4. Dowell E., Edwards J., Strganac T. Nonlinear Aeroelasticity // Journal of Aircraft. 2003. Vol. 40. No. 5, pp. 857-874. DOI: 10.2514/2.6876
5. Hebler A., Schojda L., Mai H. Experimental Investigation of the Aeroelastic Behavior of a Laminar Airfoil in transonic flow // International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (IFASD 2013; 24–27 June 2013; Bristol).
6. Braune M., Hebler A. Mechanisms of Transonic Single Degree of Freedom Flutter of a Laminar Airfoil // 18th International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (IFASD 2019; 10–13 June 2019; Savannah, Georgia, USA). IFASD-2019-132.
7. Jonsson E., Riso C., Lupp C.A. Flutter and Post-Flutter Constraints in Aircraft Design Optimization // Progress in Aerospace Sciences. 2019. Vol. 109:100537. DOI: 10.1016/j.paerosci.2019.04.001
8. Kuzmina S.I., Karas O.V., Ishmuratov F.Z. et al. Investigation of interaction of shock movement with structural elastic deformations in transonic flow // International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (IFASD 2013; 24–27 June 2013; Bristol).
9. Edwards J., Wieseman C. Flutter and Divergence Analysis Using the Generalized Aeroelastic Analysis Method // Journal of Aircraft. 2008. Vol. 45. No. 3, pp. 906–915. DOI: 10.2514/1.30078
10. Кузьмина С.И., Ишмуратов Ф.З., Поповский В.Н. и др. Анализ динамической реакции и эффективности системы подавления флаттера магистрального самолета в трансзвуковом режиме полета // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 108–121. DOI: 10.34759/vst-2020-1-108-121
11. Bendiksen O. Influence of Shocks on Transonic Flutter of Flexible Wings // 50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference (04–07 May 2009; Palm Springs, California). DOI: 10.2514/6.2009-2313
12. Bendiksen O. Review of unsteady transonic aerodynamics: Theory and application // Progress in Aerospace Sciences. 2011. Vol. 47. No. 2, pp. 135–167. DOI: 10.1016/j.paerosci.2010.07.001
13. Брагин Н.Н., Ковалев В.Е., Скоморохов С.И. и др. К оценке границы начала бафтинга стреловидного крыла большого удлинения на трансзвуковых скоростях // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 4. С. 16–27.
14. Girodroux-Lavigne P. Progress in Steady/Unsteady Fluid-Structure Coupling with Navier-Stokes Equations // International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (IFASD 2005; 28 June – 01 July 2005; Munich, Germany).
15. Vevek U., Timme S., Pattinson A. et al. Next-generation computational fluid dynamics capability for aircraft aeroelasticity and loads // 19th International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics (IFASD 2022; 13–17 June 2022; Madrid, Spain). Vol. 1, pp. 360–375.
16. Ricciardi A.P. Aeroelastic Energy Analysis Using Distributed Aerodynamic Work Visualization // AIAA Journal. 2017. Vol. 55. No. 6, pp. 2113–2117. DOI: 10.2514/1.J055677
17. Bendiksen O. Energy Approach to Flutter Suppression and Aeroelastic Control // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2001. Vol. 24. No. 1, pp. 176–184. DOI: 10.2514/2.4699
18. Ишмуратов Ф.З., Кузьмина С.И., Мосунов В.А. Расчетные исследования трансзвукового флаттера в частотной и временной областях // Ученые Записки ЦАГИ. 1999. Т. XXX. № 3-4. С. 151–163.
19. Kuzmina S., Ishmuratov F., Karas O. Effects of elasticity, viscosity and boundary layer transition on aeroelasticity characteristics of laminar wings // 17th International Conference on Autonomic and Autonomous Systems (ICAS 2021; 30 May – 03 June 2021; Valencia, Spain). ICAS-2020-0961.
20. Kuzmina S., Ishmuratov F., Karas O., Chizhov A. Dynamic response of an airplane elastic structure in transonic flow // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS 2014; 07–12 September 2014; St. Petersburg): 140.
21. Kuzmina S., Ishmuratov F., Karas O. Some aspects of transonic flutter of aircraft with laminar wings // 8th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS 2019; 01-04 July 2019; Madrid, Spain). DOI: 10.13009/EUCASS2019-261