无约束后缘变形对 NACA0012 翼型气动弹性响应的影响：一种计算流体力学方法

《Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering》：On the effect of unrestrained trailing edge morphing on NACA0012 airfoil aeroelastic response: A CFD approach

　　

摘要

后缘变形技术在改变飞行条件下提升翼型气动性能方面具有巨大潜力。本研究探讨了后缘变形（弦长的 50%）对 NACA0012 翼型气动弹性响应的影响，重点关注升力、阻力、颤振行为和整体稳定性等参数。研究采用了完全耦合的流固耦合（FSI）方法，使用 URANS 求解纳维 - 斯托克斯方程，并结合翼型结构的有限元模型。模拟针对不同无量纲刚度 $k^{*}$ 和刚度比 $\phi$ 值进行，代表变形段与刚性段之间的杨氏模量关系，以分析变形对系统动态响应的影响。结果显示，低刚度配置表现出放大振荡和失速 - 颤振现象，而较高的刚度值则导致阻尼响应。确定了动态不稳定区域为 ${k?}^{*}<?270$。最优配置（${k?}^{*}=2.50,\phi =0.1$）与完全不稳定情况相比，平均阻力减小约 $86\%$，升阻比 $c_l/c_d$ 介于 -30 和 30 之间，而不稳定配置（${k?}^{*}=2.48,\phi =0.1$）由于大量流动分离，产生的峰值阻力系数超过 $c_d=0.1$。这些发现表明，不受限制的后缘变形会加速颤振的发生而不是抑制它，证明仅被动变形是不够的，必须结合主动刚度控制才能利用柔性后缘的气动优势。

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