发动机的压气机和涡轮叶片在气体的载荷与旋转惯性力的作用下，必然引起叶片变形，变形又进一步引起压力载荷的重新分布，在这种情况下如果仍然把CFD和结构分析割裂开来分析，将得到不可靠的压气机和涡轮的性能参数。

压气机和涡轮叶片的气动弹性分析又可以细分为静气动弹性分析和动气动弹性分析。

气动弹性静力问题（或称静气动弹性问题）是研究压气机和涡轮叶片弹性变形对定常气动力分布的影响以及研究气动力所产生静变形的稳定特性。该问题对于压气机和涡轮叶片的结构设计具有特别重要的意义，弹性变形对于压气机和涡轮的性能有不可忽视的影响。

动气动弹性主要研究气动弹性稳定性问题和气动弹性动力响应，气动弹性稳定性问题主要研究喘振问题。动气动弹性计算的核心是非定常气动力的计算，对于喘振分析更是如此，为了准确确定叶片的喘振临界速度，必须研究振动叶片所受的非定常气动力。动气动弹性分析对压气机的喘振研究就有特别重要的意义。

 

叶片耦合计算与单场计算的结果比较图

比利时Numeca公司利用MpCCI对风力涡轮机的叶片进行了气弹模拟。该仿真的目的是研究被动控制的可行性，及调整叶片的复合材料层合结构，以在保证结构强度的前提下增加叶片扭转的灵活性。

结构软件采用Abaqus，流体软件采用Fine/Hexa。计算中采用了两种叶片几何，一种是做参考用的原始几何，一种是做后掠处理后的几何，见下图：

叶片的几何形状图（左：原始形状，右：后掠处理后）

叶片的腹板由复合材料层合结构组成，如下图：

腹板的复合材料层合结构图（12层）

Abaqus结构模型由11638个S4R单元组成，包括11434个节点，见下图

叶片的Abaqus结构模型图

流场网格采用Autogrid5生成，采用理想空气模型，低马赫数，Spalart-Allmaras湍流模型，叶片转速为80rpm。

 

流场网格图（左：无后掠几何，右：后掠几何）

计算中首先计算出无耦合情况下的稳定流场，作为耦合时的初始流场，如下图：

 

  叶片表面压力分布图            叶片周围流场压力等值线图

下图显示了计算的收敛过程：

最大位移的收敛历程图

下图显示了叶片的典型变形情况：

 

叶片的典型变形图

结论：通过分析，确定了领先的复合材料层合结构以及叶片外形，以得到更大的扭转灵活性，实现被动控制的可能性。