轻质弹性材料在微型飞行器和船舶海洋领域的应用日益广泛,相对于传统的合金材料,这些材料与周围流体介质的相对质量比较低,受周围流体载荷和惯性力影响较大。尤其是在船舶海洋领域不可避免的空化流动使得轻质弹性结构的动态响应特性更加复杂。针对以上工程背景,本文以二维翼型为研究对象,对轻质弹性翼在复杂流动中的流固耦合响应特性展开了数值模拟研究。本文的研究内容及结论如下:构建了模拟弹性翼动态响应特性的LHC算法,以二自由度弹性翼为研究对象,采用SST湍流模型封闭N-S方程;通过CFX流场计算软件和Fortran自编程相结合的方法模拟弹性翼的动态响应特性。开展了弹性翼稳定性研究,研究结果表明LHC算法与实验结果基本一致。随着相对质量比的增加,弹性翼的失效模式依次为静态发散、动态发散和颤振。静态发散工况下,弹性翼弯扭变形随时间持续增大,扭转变形占主导地位;动态发散工况下,弹性翼弯扭变形随时间增大的同时伴有频率衰减的振荡,弯曲和扭转变形存在相位差;颤振工况下,弹性翼做等幅振荡,此时总阻尼系数为零,结构处于失稳的边缘。开展了空化流中弹性翼动态响应特性的研究。分析了片状空化和云状空化流中不同相对质量比的弹性翼动态响应特性,研究结果表明:在片状空化流中,随着相对质量比的增加,空化周期逐渐延长,空穴周期变化频率与弹性翼湿模态弯曲频率一致;升力系数、扭矩系数、弯曲变形和扭转变形的振荡幅度均呈现先增大后减小的趋势;与之相对应的均值整体上呈下降趋势。弹性翼的变形以弯曲变形为主,扭转变形幅度较小,所以在片状空化流动中弹性翼弯曲变形与受力存在较长的延迟;弹性翼湿模态下扭转频率及1?2倍频被激发,随相对质量比的增加,对应的振幅逐渐增强。在云状空化流中,随着相对质量比的增加,空化演化周期均有延长,但幅度较小;升力系数、扭矩系数、弯曲变形和扭转变形随时间变化的振荡幅度逐渐增大,相对应的均值整体上呈上升趋势。弹性翼的弯曲变形与受力之间的延迟较小,是云状空化流中载荷波动较大所致。弹性翼振动主要受空穴的发展周期、空泡脱落和湿模态下扭转固有频率及其次频的影响,同样与这些频率相对应的振幅随相对质量比的增加逐渐增大。