摘要： 针对机翼的静气动弹性问题，为准确预测其气动特性，研究一种实用有效的气动结构耦合仿真方法。以客机机翼设计为例，通过机翼的静气动弹性问题分析和机翼的气动结构耦合分析流程的分解，建立参数化、自动化、模块化的气动结构耦合仿真分析平台。该平台的流程包括基于全速势方程的气动分析、基于MSC Nastran的结构仿真、应用MATLAB的载荷到结构模型的传递、结构变形向气动外形的映射等环节。算例表明该方法能较好地解决机翼的静气动弹性分析问题。

　　关键词： 机翼； 气动结构耦合； 静气动弹性； 数据交换； MSC Nastran； MATLAB

　　中图分类号： V215.3文献标志码： B

　　引言

　　飞机机翼是一种弹性结构，空气动力与弹性力的相互影响产生的静气动弹性问题对飞机机翼的载荷和性能均有重要影响。随着现代高速飞机的动压增大、尺寸加大，气动弹性问题越来越显著，传统的单学科设计方式已经难以应付这种设计问题。因此，在初始设计阶段，对机翼的静气动弹性问题进行快速、准确的数值模拟研究具有重要意义。[1]

　　目前，气动弹性力学已形成一门新的学科，解决方案也从以刚性体为研究对象并加以弹性修正，发展到考虑高精度流体计算和细节结构建模分析等。针对气动结构耦合问题的数值解法，目前主要采用强耦合气动弹性计算，将计算结构力学（Computational Structural Mechanics， CSM）和CFD的控制方程分别写到独立模块中，但两类方程在一个大的可执行程序中进行求解[2]，实现气动结构耦合数值分析。[34]该方法自由度较大，但对气动结构理论的要求较高，且在计算效率、应用条件等方面存在局限。另一种方案是弱耦合气动弹性计算CFD和CSM代码作为单学科可执行程序相互独立，通过其他方式相连接[2]，即主要研究现有气动结构软件的接口技术，在应用基础上实现跨学科的交互分析。[56]在初始设计阶段，该方法通用、简便、高效，具有较大优势。

　　本文通过分析机翼气动结构数据交换方法，建立模块化的气动结构耦合分析流程，重点介绍软件接口方法。为便于实现，气动分析模型和结构分析模型均采用成熟软件。