NNW-FSI软件静气动弹性耦合加速策略设计与实现

孙岩，王昊，江盟，岳皓，孟德虹

中国空气动力研究与发展中心 计算空气动力研究所，绵阳 621000

航空工业飞行器设计一般需要经历概念、初始和详细3个关键阶段[1]。在概念设计阶段，设计师利用半经验方法或低可信度的气动分析工具在众多设计方案中做出快速选择[2]。在初始设计阶段，气动/结构布局方案将冻结，并确定飞行器目标设计载荷。目标设计载荷是飞行器全机或部件设计必须满足的极限载荷，所有细节设计必须在此载荷框架下进行[3]。在详细设计阶段，将根据目标设计载荷，确定飞行器的全部结构细节。

飞行器设计有朝着复合材料等轻质结构发展的趋势[4]，以减轻全机结构重量，提高燃油效率和航程，如波音787和空客A350XWB飞机的全机复合材料比例已经超过50%。飞行器变得更加柔性，在全部设计阶段考虑机翼气动/结构之间的耦合作用能够更好地改善飞行器的性能、降低设计制造成本[5]。

近十年，随着计算机能力和并行计算技术的快速发展，高可信度的计算流体力学(CFD)/计算结构力学(CSD)耦合方法已经逐步应用于飞行器的初始和详细设计阶段，而在概念设计中，因为存在大量的计算状态，仍然采用快速的半经验或低可信度分析工具。但Rizzi认为飞行器80%的全生命周期成本来源于概念设计阶段的决定，且该阶段由于设计工具自身误差导致的错误在后续阶段难以修复，引起的代价和风险极高[6]。因此，发展静气动弹性耦合加速收敛技术对于促进高保真度CFD方法在航空飞行器设计过程中的应用具有潜在的价值。……