[航空仿真]-如何让飞行器飞得更安全-飞机的发散分析

从飞机诞生以来，结构变形发散、操纵反效、颤振等气动弹性问题已成为影响飞机稳定性及飞行性能的重要因素。发散作为静气动弹性的重点分析对象,传统的分析方法通常不考虑刚体模态的影响.根据咨询通告AC 25.629-1B的要求,刚体模态或短周期模态也可能会造成发散。因此,在民用飞机静气动弹性分析及适航符合性验证中,要计及刚体模态对发散的影响.通过对惯性释放方法的研究,在发散分析中计及刚体模态,给出考虑刚体模态的模态法发散分析方法

本教学案例演示了飞机的发散分析。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。

http://majorv\.help\.altair\.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS\-T\-8020/aeroelasticity\_diverg\.zip

预处理是使用OptiStruct用户配置文件中的Altair HyperWorks完成的。使用具有现有结构和气动弹性数据的模型作为基础模型，本教程演示了如何创建特定于发散分析的实体。

当飞机升力表面的偏转导致额外的升力，进而导致同一方向的进一步偏转时，就会发生气动弹性力学中的发散。发散分析确定发散动态压力，它是直接复特征值分析中 特征值的平方。最低特征值与临界发散动态压力相关。使用发散动态压力，计算临界速度。一旦确定，您就可以努力避免系统接近此临界速度或更高速度。

本教程包括以下练习：

• • 创建DIVERG条目
• • 定义与特征值相关的复杂条目
• • 提交作业
• • 查看结果

一、启动HyperWorks并导入模型

有关获取教程模型文件的更多详细信息，请参阅访问模型文件。本教程所需的模型文件为aeroelasticity_diverg.fem

1. 1. 将模型文件复 制到您的目录。
2. 2. 启动HyperWorks。
3. 3. 在菜单栏中，单击File>Import>Solver Deck。
4. 4. 选择模型文件，然后单击Open。
5. 5. 在Solver Import Options对话框中，对于Reader，选择OptiStruct。

将加载OptiStruct用户配置文件。HyperWorks的功能与相应的模板、宏菜单和导入阅读器配对，以便在OptiStruct中创建模型。

 

图1.HyperWorks中的OptiStruct用户配置文件

基本模型将加载到HyperWorks中。

图2.飞机基本模型

二、打开Aeroelasticity Browser

Aeroelasticity Browser对于本教程中即将执行的任务非常有用。

Aeroelasticity功能区将显示在菜单栏上。

Aeroelasticity Browser打开。

 

图3.访问Aeroelasticity Browser

三、设置模型

1. 1. 在Aeroelasticity Browser中，展开AeroModule。
2. 2. 右键单击Aero Loads并选择Create>DIVERG。
3. 在Aero Loads文件夹中创建DIVERG的Collector。

1. 3. 输入为Collector选择的名称。在本教程中，Collector称为DIVERG。

1. 4. 对于Number of dynamic pressure（NROOT），输入20。
2. 5. 对于Num Factors，输入1。
3. 6. 对于Mach number（Mi），输入0.4。

 

图4.DIVERG条目的定义

发散分析确定发散动态压力，即复特征值分析的特征值。因此，将定义EIGC批量数据输入。

1. 1. 在Aeroelasticity Browser中，展开StructureModule。
2. 2. 右键单击Eigenvalues并选择Create>EIGC。EIGC的Collector在Eigenvalues下创建。

1. 3. 输入为Collector选择的名称。在本教程中，Collector称为EIGC。

1. 4. 对于ND0_OPTIONS，从下拉菜单中选择User Defined。
2. 5. 对于所需的根数（ND0），输入20。

 

图5.EIGC条目的定义

1. 1. 在规划求解Browser中，展开General-Collectors。
2. 2. 右键单击Load Collector并选择Create。
3. 3. 将新的Load Collector命名为SPC。
4. 4. 选择Analyze功能区。
5. 5. 在Structural工具组中，选择BCs>Constraints。

图6.访问约束工具

1. 6. 在面板上，验证选择方法是否设置为nodes。
2. 7. 选择飞机底部的网格。网格编号为10593。

1. 8. 约束所有dof。

图7.在飞机底部创建SPC

1. 9. 选择Create。
2. 10. 创建SPC后，选择Return。
   
3. 3.4  创建发散分析SUBCASE

在此步骤中，先前创建的Bulk Data Entries将在发散分析SUBCASE中引用。

1. 1. 在Aeroelasticity Browser中，展开Solution Job Setup。
2. 2. 右键单击Case Controls并选择Create>Subcases。将在Case Controls文件夹中创建SUBCASE的Collector。

1. 3. 输入为Collector选择的名称。在本教程中，Collector称为DIVERG。

1. 4. 对于Analysis type ，从下拉菜单中选择Aeroelastic Divergence（# Divergence）。
2. 5. 引用之前创建的Bulk Data Entries，如图8所示。

 

图8.static气动弹性发散分析的SUBCASE定义

四、 导出输入文件

在此步骤中，输入文件将导出到工作目录。稍后使用OptiStruct作为求解器来求解此文件。

1. 1. 在菜单栏中，单击File>Export>Solver Deck。
2. 2. 输入文件的名称。
3. 3. 单击Save。此时将打开 Solver Export Options 对话框。

1. 4. 在对话框中，接受默认选项。
2. 5. 单击Export。该文件现在位于您的工作目录中。

五、 提交作业

1. 1. 在Windows开始菜单中，选择Start>Altair 2022.3>Compute Console。
2. 2. 对于Input file，用于浏览工作目录以查找所需文件。
3. 3. 单击Open。
4. 4. 对于Options ，单击
   
1. 1. 在Select Solver Options对话框中，单击-nt复选框。
2. 2. 输入8作为参数。
3. 3. 单击OK.
4. 4. 单击-out复选框。
5. 5. 单击Apply Selected。
6. 6. 单击Close。
7. 7. 单击Run。

 

图9.Altair计算控制台

如果作业成功，则新的结果文件应位于工作目录中。如果存在任何错误，请在aeroelasticity_diverg.out文件中查找有助于调试输入模型的错误消息。

六、 查看结果

1. 6.1  查看振型
2. 1. 收到分析完成消息后，单击Results，HyperView将启动并加载结果。

1. 2. 在HyperView中，单击Contour面板按钮。
   
   3. 对于Result type ，从第一个下拉菜单中选择Eigen Mode（v）（c）。  
2. 4. 单击Apply。

图10.mode 3的结果

发散动态压力可以从aeroelasticity_diverg.out文件中查看。根据定义，当直接复特征值分析的根具有纯虚分量时，就会发生发散。

1.  检查.out文件以查找发生发散的模态。图11中突出显示了这些mode。

 

图11.仅具有虚部的根

 

图12.

3.根据这些值，计算临界速度。