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华天海峰 | 第十六届全国空气弹性学术交流会
访问:223 次 时间:2019-08-06


2019年7月30日,华天海峰受邀参加在内蒙古呼和浩特举办的第十六届全国空气弹性学术交流会。会议由中国空气动力学会、空气弹性力学专业委员会、中国力学学会、流固耦合力学专业委员会联合主办,中国空气动力研究与发展中心和高速空气动力研究所承办。


此次会议参加的人数和递交的论文数达到了空气弹性学术历史之最,越来越多的年轻学者参与其中。华天海峰作为ZONA公司气动弹性仿真软件的中国区唯一代理商荣幸受邀参加此次大会。



受中国气弹领域专家所托,华天海峰于2006年引入在航空工程气动弹性领域久富盛名成效卓著的美国ZONA Technology公司的仿真软件,旗下有仿真软件产品:ZAERO(飞行器气动弹性计算和分析),ZONAIR(飞行器飞行载荷及静气弹计算和分析),ASTROS(飞行器结构强度气动弹性多学科综合优化设计&分析),ZEUS(飞行器气动弹性计算和分析专用CFD),ZEST(飞行器静气弹性设计分析专用CFD)气动弹性系列产品。目前已广泛适用于国内各大航空主机所、航天总体设计单位,成为气动弹性领域佼佼者,其中以ZAERO软件在国内气动弹性领域最为知名。


1、ZAERO

ZAERO可用来求解下列飞行器的气动弹性问题:

整机:机翼+机体+复杂外挂(高保真气动模型)

涵盖:亚/跨/超/高超音速,跨音速-难题

●  非定常气动,线性/非线性颤振

●  气动伺服颤振

●  阵风载荷,机动飞行载荷

●  弹射,抛物载荷(质量突变)

●  配平静气弹载荷

●  质量变化:多外挂,燃油变化

能求解其它现有同类软件不能处理的许多问题!


2、ZUES

ZUES软件具有如下主要特点:

●  含有欧拉方程求解器可进行非定常气动计算,并辅以边界层方程方法加以粘性修正,可以计入粘性效应,使得计算结果更为精确

●  不必求解N-S方程,而使得计算过程大为快速简便

●  95%的数据输入格式与ZAERO相同,ZAERO用户只需花最少的时间学习就能快速简便自动生成多重网格,建模及网格生成将如ZAERO一样简便

●  应用叠加网格方法,可以方便地加入各种外挂物(如副油箱,发射件等)

●  支持下列几种非定常气动计算:时域,频域,准时域,离散突风,及静气动弹性和配平分析

ZEUS软件包含了诸多非线性因素:

●  非线性非定常气动计算能准确抓住跨音速激波

●  考虑了粘性影响

●  所有飞机部件布局(尤其是外挂布局)都能在结构上予以充分模拟,除了充分的气动模拟外

●  运动方程包括了结构的非线性因素

因而ZEUS能非常有效精确地计算处理如下各典型复杂非线性气弹问题:

●  全机翼体组合(机翼/尾翼+机身+外挂)非线性气弹颤振问题如跨音速气动弹性,极限环振荡(带外挂件以及翼吊发动机情形下容易产生)问题

●  各种非定常载荷-阵风载荷,机动飞行载荷,发射及抛物载荷,静气动弹性和载荷的配平分析 


3、ZONAIR

最主要特点和功能如下所列:

●  采用统一的高阶面元方法建立高精度气动模型,可更真实准确地模拟复杂飞行器外形,计算结果更准确

●  非结构化表面面元可完全与NASTRAN 有限元兼容,可直接采用现有FEM前后置处理快速生成气动面元

●  可适用于亚/超/高超音速范围的全机实际弹性变形下的飞行载荷分析,静气动弹性分析,配平分析

●  采用涡上卷格式可计算大攻角气动

●  通过配平分析,可将得到的ZONAIR面元上的载荷数据映射转换输入到有限元结构节点上进行应力分析

●  可充分利用已有的有限元模型, 实现气动力与结构的直接简便3D插值

●  可获得完整的气动数据库(含各气动导数)用于6自由度飞行模拟,及用于临界载荷分析

●  可计算结构弹性变形导致的附加弹性载荷,并为所有稳定性导数提供弹性/刚性比率

●  可将风洞载荷数据通过AIC修正,或将CFD所得压力分布映射转换到面元,进而得到精确的附加弹性载荷

●  由风洞(或CFD)模型的刚体载荷,以及附加弹性变形载荷,可求得实际弹性变形下的飞行载荷分析(以满足FAA有关载荷的适航认证标准-明确要求考虑变形因素)

提供多个全面详细算例,便于用户很好掌握使用:

1类算例:与风洞试验数据/其它软件数据的对比,显示ZONAIR 的高精度

2类算例:复杂全机结构外型,如何建立模型,计算载荷

3类算例:如何利用风洞/CFD数据

4类整机详细气动模型:A380,F-15,F/A-18,无人机,概念飞机,等等

5类算例:高超音速的气动加热分析/热气动弹性分析


4、ASTROS

ASTROS是用于飞行器初步设计和后期详细设计改进的有关结构气动弹性多学科综合自动优化系统,是用于飞机设计的新一代综合系统软件。

ASTROS软件:

●  多学科综合-自然无缝地综合与结构气动弹性紧密相关的几个主要专业学科方面的设计分析

●  优化-将相互影响的设计内容进行同步计算分析,并且加以优化

●  使设计周期大大缩短,达到飞行器重量最轻等最优化的设计目标

ASTROS模块组合:

ASTROS包括下列学科模块:

●  通过配平分析,可将得到的ZONAIR面元上的载荷数据映射转换输入到有限元结构节点上进行应力分析

●  智能结构-模拟压电材料、形状记忆金属材料等智能化结构,计算智能化结构所导致的气动控制力

●  气动-统一的亚/跨/超/高超音速,定常/非定常气动计算

●  灵敏度分析-提供相对于与结构设计变量变化的应力、稳定性、飞行性能等响应的灵敏度分析

●  气动伺服弹性-提供包括SISO/MIMO控制系统的气动伺服弹性分析和突风载荷分析

●  配平-提供飞行载荷静气弹分析与配平分析

●  气动弹性稳定性-提供真实的阻尼颤振解

●  优化-驱使所有的模块达到最优设计目标


4、ZESt

ZESt软件具有如下主要特点:

●  含有欧拉方程求解器可进行定常气动计算

●  并辅以边界层方程方法加以粘性修正,以计入粘性效应,使得计算结果更为精确

●  不必求解N-S方程,不必采用一般CFD所需的移动网格,而使得计算过程大为快速简便

●  95%的数据输入格式与ZAERO相同,ZAERO用户只需花最少时间学习

●  能快速简便自动生成多重网格,建模及网格生成将如ZAERO一样简便

●  应用叠加网格方法,可以方便地加入各种外挂物(如副油箱,发射件等)

●  采用准时域静气动弹性和配平(静定与超静定配平)分析进行定常气动计算

●  具备并行运算功能,使计算快速高效

ZESt软件包含了诸多非线性因素:

●  非线性气动计算能准确抓住跨音速激波

●  *考虑了粘性影响

●  所有飞机部件布局(尤其是外挂布局)都能在结构上予以充分模拟,除了充分的气动模拟外

* 运动方程包括了结构的非线性因素


其中,ZAERO, ZONAIR,ASTROS的气动计算方法是基于面元法的线性气动(势流方程)计算。其特点是计算快速高效,适合于初步设计和详细设计。在初步设计阶段,能满足需要获得快速初步设计结果的要求。在详细设计阶段,能满足需要获得大量设计分析结果的要求。


ZEUS, ZESt是专用的CFD软件,其气动计算方法是非线性的欧拉方程加边界层黏性修正,特点是更为精确。尤其适合于详细设计阶段,能对一些重要的工作点做详细深入的分析计算。