Влияние нестационарности обтекания трехмерного крыла на переход к дивергенции

Автор: Анастасия Дмитриевна Чичерина

Организация: НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Квазистационарный подход к описанию дивергенции крыла – статической аэроупругой неустойчивости (см. Рис.) – опирается на представление о нулевой собственной частоте конструкции при критической скорости потока из-за отрицательной аэродинамической жёсткости. Однако эта упрощённая модель не учитывает нестационарность обтекания. 

В двумерной постановке [1] показано, что учёт нестационарной аэродинамики приводит к иному механизму дивергенции: вместо классического слияния частот наблюдается затухание конструктивных мод, а неустойчивая мода формируется из непрерывного спектра, связанного соследом за крылом.

В данной работе выполнено сравнительное численное исследование перехода к дивергенции прямого упругого крыла в трёхмерной постановке с использованием стационарной (квазистационарной) и нестационарной моделей аэродинамических нагрузок при безотрывном обтекании идеальной несжимаемой жидкостью. Разработана и верифицирована вычислительная модель, включающая аэродинамический модуль на основе метода дискретных вихрей и разрешающий изгибно-крутильные деформации конструкционный модуль, которые в циклическом пошаговом алгоритме обеспечивают прямое моделирование связанных аэроупругих процессов во времени.

Проведено численное исследование перехода к дивергенции для трехмерного прямого крыла. Проведён анализ эволюции спектра собственных частот системы при постепенном увеличении скорости набегающего потока. Критическим отличием между классическим и неклассическим сценариями, выявленным в результате моделирования, является отсутствие колебательного движения крыла при приближении к границе устойчивости. Обсуждаются физические причины выявленных различий.

Рис. Отклик крыла на начальное возмущение по первой собственной крутильной форме:

а)  - до наступления дивергенции и  - после.

1. Vedeneev V.V. New mechanism of the aeroelastic divergence onset. AIAA Journal, 2020, 58(6), 2716–2725.

2. Chicherina A., Vedeneev V. Numerical investigation of the nonclassical transition to divergence in a three dimensional non-rotating and rotating wing. В сборнике FIV2024: FSI2&FIV+N 10th International Symposium on Fluid -Structure Interactions, Flow-Sound Interactions, Flow-induced Vibration&Noise.