机翼绕流问题是气动弹性中的经典问题。以前由于缺乏考虑模拟气动弹性的软件,传统的分析方法是将机翼视为刚体,不考虑其弹性变形,通过CFD软件来计算机翼附近的流场。这个假设很难准确地描述流场的实际情况。更无法预测机翼的振动。MpCCI是基于代码耦合的并行计算接口,它可以同时调用结构和流体的软件来实现气动弹性模拟。我们通过MpCCI,能很好的预测真实情况下的机翼气动弹性问题。采用结构分析软件ANSYS来求解结构在流场作用下的变形和应力分布,通过Fluent软件来计算由于固体振动和变形对整个流场的影响。

MpCCI的图形用户界面可以方便的读入结构和流体的输入文件,并在后台调用ANSYS和FLUENT。在MpCCI耦合面板中选择耦合面,然后选择在相应耦合面上流体和固体需要交换的量。启动MpCCI进行耦合

飞行器模型、流体模型以及机翼有限元模型图

结构部分单个机翼跨度在1.5m左右。边界条件为机翼端部的固定,另一端完全自由。在固体中除了固定端的面外,其面为耦合面。流体部分采用四面体网格,选择理想气体作为密度模型。

在本例中,利用MPCCI、FLUENT和ANSYS完成气动弹性分析,固体在流场作用下产生很大的变形和振动。在耦合区域,结构分析软件计算耦合面上的节点位移,通过MpCCI传输给FLUENT,FLUENT计算出耦合区域上的节点力载荷,然后通过MpCCI反馈给ANSYS。交换量为:节点位移、相对受力,时间增

量步长为0.1毫秒。

通过MpCCI、ANSYS、FLUENT的耦合分析,成功地计算在几何非线性条件下的气动弹性问题,得到了整个流体区域的流场分布以及结构的动态响应历程。

 

不同时刻的机翼变形图