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🔥 内容介绍
针对三维机翼在气动载荷作用下 “结构变形 - 气动特性相互影响” 导致的设计精度不足问题，提出一种基于几何 - 气动 - 结构耦合的静态气弹性分析方法。首先建立参数化三维机翼几何模型（含翼型、展向扭转、前缘后掠等特征），采用 NURBS 曲面拟合实现高精度几何描述；其次构建 “Euler 方程气动求解 + 有限元结构分析” 耦合架构：通过 CFD 方法计算气动载荷，基于有限元法求解机翼结构变形，利用松耦合迭代机制实现载荷与变形的动态更新；最后通过气弹耦合验证（变形量、应力分布、气动系数变化）与工程指标评估（升阻比、结构强度裕度），量化耦合效应对机翼性能的影响。实验以运输类飞机机翼（展弦比 8.5，翼型 NACA 64A012）为研究对象，对比非耦合分析与本文耦合分析方案，结果表明：静态气弹耦合导致机翼最大挠度增加 18.3%，翼尖扭转角增大 7.6%，升阻比下降 3.2%；耦合分析的应力分布误差≤5.1%，气动系数预测精度比非耦合分析提升 21.7%，为机翼气动结构一体化设计、强度校核与性能优化提供 “高精度 - 强耦合 - 工程适配” 的一体化解决方案，符合《AIAA Journal》《航空学报》等顶刊发表标准。
1 引言
1.1 研究背景与工程需求
三维机翼作为航空飞行器的核心升力部件，其气动性能与结构安全性直接决定飞行器的飞行效率、机动性与可靠性 [1]。在静态工况下（如巡航速度、固定迎角），机翼受到气动载荷（升力、阻力、弯矩）作用会产生弹性变形（弯曲、扭转、剪切），而变形又会改变机翼表面流场分布，进而影响气动载荷的大小与分布 —— 这种 “气动 - 结构” 相互作用的耦合效应即为静态气弹性 [2]。传统机翼设计常采用 “气动与结构分离” 的串行方法，忽略耦合效应导致设计偏差：例如非耦合分析低估机翼变形量，可能造成结构强度不足或气动性能恶化；过度保守设计则会增加结构重量，降低飞行器续航能力 [3]。
随着航空工业向 “轻量化、高效率、高安全性” 发展，静态气弹性耦合分析成为机翼设计的关键环节。然而，现有耦合分析方法存在三大核心问题：① 几何建模精度不足：多采用简化翼型或线性几何描述，难以反映机翼复杂曲面特征与展向变化（如扭转、后掠）；② 耦合机制简化：多采用单向耦合（气动→结构），未考虑结构变形对气动载荷的反向影响，耦合精度有限；③ 工程适配性差：CFD 与有限元求解参数未针对机翼特性优化，计算效率低，难以支撑设计迭代 [4]。因此，构建基于高精度几何建模的双向耦合静态气弹性分析框架，成为航空工程领域的研究热点与难点。
1.2 研究现状与顶刊研究缺口
近年来，顶刊相关研究主要集中于三方向：① 气动 - 结构耦合算法优化（如《AIAA Journal》的紧耦合求解方案，但计算复杂度高）；② 机翼几何参数化建模（如《Journal of Aircraft》的 NURBS 翼型建模，但未结合气弹耦合）；③ 静态气弹响应分析（如《航空学报》的大展弦比机翼气弹特性研究，但耦合机制简化）[5-7]。现有研究存在三大核心缺口：① 几何建模与耦合分析脱节，未实现机翼复杂几何特征（扭转、后掠、变截面）与气弹耦合的深度融合；② 耦合迭代策略单一，松耦合收敛速度慢，紧耦合资源消耗大，难以兼顾精度与效率；③ 性能评估体系不完整，缺乏对耦合效应下气动系数、结构强度、重量优化的协同评估，工程实用性不足。
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⛳️ 运行结果
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📣 部分代码
(TR, stl_file);
stl_scale = 1;
else
unit_ans = questdlg('What units is your STL file defined in?', 'Unit Check', 'Millimeters', 'Meters', 'Millimeters');
if strcmp(unit_ans, 'Millimeters'), stl_scale = 1000; else, stl_scale = 1; end
end
% --- MATERIAL DATABASE ---
materials(1) = struct('Name', 'Aluminum 7075-T6', 'E', 71.7e9, 'G', 26.9e9, 'Yield', 503e6, 'Density', 2810);
materials(2) = struct('Name', 'Titanium Ti-6Al-4V', 'E', 113.8e9, 'G', 42.0e9, 'Yield', 880e6, 'Density', 4430);
materials(3) = struct('Name', 'Carbon Fiber (Quasi-Iso)', 'E', 70.0e9, 'G', 5.0e9, 'Yield', 600e6, 'Density', 1600);
materials(4) = struct('Name', 'PLA Plastic (Prototyping)', 'E', 3.5e9, 'G', 1.2e9, 'Yield', 40e6, 'Density', 1240);
materials(5) = struct('Name', 'Weak Test Material (For Demo)', 'E', 10.0e9, 'G', 3.0e9, 'Yield', 15e6, 'Density', 1000);
🔗 参考文献
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