基於CFD/CSD耦合的大型風力機非線性氣動彈性計算方法

《基於CFD/CSD耦合的大型風力機非線性氣動彈性計算方法》是依託南京航空航天大學，由郭同慶擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於CFD/CSD耦合的大型風力機非線性氣動彈性計算方法
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭同慶
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

本項目針對大型海陸風力機氣動彈性這一關鍵問題，開展基於CFD/CSD耦合的非線性氣動彈性計算方法研究。提出點對接滑移格線策略用於大型風力機繞流DES高精度數值模擬；發展出TFI-RBFs混合的高效動態格線技術，有效解決CFD領域急需解決的複雜分塊結構格線的動格線問題。首次將動力學線化方法套用於大型風力機葉片幾何非線性問題，建立起CFD/CSD耦合的葉片幾何非線性靜、動氣動彈性一體化高效計算方法。套用柔性多體動力學分析大型風力機的動力學耦合效應。突破氣動非線性-結構非線性直接耦合計算的瓶頸，創新性的建立起同時考慮氣動非線性、葉片幾何非線性和動力學耦合效應的大型風力機氣動彈性CFD/CSD時域耦合計算方法。本項目研究能為大型風力機氣動彈性分析和氣動-結構一體化設計提供先進的數值方法和技術支持，既有理論研究意義也有工程套用前景。

結題摘要

非線性氣動彈性是大型海陸風力機研製過程中的關鍵科學問題。本項目研究大型風力機非線性氣動、非線性結構及其CFD/CSD耦合計算方法。發展出適於複雜多塊結構動態格線生成的無限插值-徑向基函式（TFI-RBFs）等多種混合方法，結合點對接滑移格線策略，有效解決風力機氣動彈性CFD計算的動格線問題。發現離散幾何守恆律(DGCL)在風輪旋轉過程中的誤差累積現象，提出一種消除該誤差的DGCL。建立起基於脫體渦模擬（DES）的風力機繞流N-S方程精確計算方法。同時發展出考慮結構影響的自由渦尾跡方法(FVW)，實現風力機氣動力的快速計算。採用增量有限元方法建立幾何非線性結構動力學方程，結合氣動-結構數據傳遞的多點約束（MPC）方法，建立起幾何非線性靜彈CFD（FVW）/Nastran耦合疊代計算方法。基於葉片靜平衡構型進行動力學線化，發展出幾何非線性動彈CFD（FVW）/CSD時域耦合計算方法。考慮動力學耦合效應，建立起整機剛-柔混合多體動力學（MBD）算法和CFD（FVW）/MBD時域耦合計算方法。本項目研究成果突破了風力機氣動非線性-結構非線性直接耦合計算的瓶頸，為大型風力機非線性氣動彈性分析提供了先進的數值方法，並已拓展至包括發動機葉片在內的飛行器氣動彈性計算分析。