折叠机翼的参数化气动弹性建模与颤振分析

针对折叠机翼的特点建立了颤振分析的参数化气动弹性模型。参数化的结构模型基于模态综合法实现;参数化的气动力模型采用偶极子网格法建立;并且阐述了基于Gram矩阵范数对于气动弹性系统颤振边界的预测方法。以折叠机翼完全展开和完全折叠构型为例,将文中方法获得的颤振边界与特征值法获得的结果进行了对比,验证了该方法的正确性。通过对不同折叠角度下的颤振边界的分析可以得出:颤振边界对折叠角度很敏感;随着折叠角度的增加,颤振模态发生了变化;较高的结构模态阻尼比可以提高颤振速度,推迟颤振现象的发生。     

一种时域颤振判定新方法研究

采用离散傅里叶变换方法对颤振时间响应历程计算结果进行分析,提出了一种从多个模态分支计算结果中归纳耦合主颤振分支的方法。分别从频率移动理论和能量变化观点出发,提出了针对颤振边界的临界颤振动压判定频率移动判据和能量因子判据。通过对国际标准跨声速颤振算例AGARD445.6机翼的时域颤振计算结果进行分析,验证了方法在耦合模态分支确定、临界颤振动压判定、主颤振分支判定3个方面的高有效性。此外,将该方法应用于高速中等展弦比气动翼面的跨声速颤振特性研究,成功地根据较复杂的响应曲线判断出了颤振边界,表明该方法具有良好的工程应用前景。     

基于曲梁模型的大展弦比大柔性机翼颤振分析

提出一种大展弦比大柔性机翼颤振分析的方法。该方法首先引入准模态假设,将气动载荷作用下发生大静变形的大展弦比大柔性机翼视为一根变曲率曲梁,并将其离散为一系列常曲率曲梁单元,利用机翼静变形结果,通过多项式插值获得各曲梁单元的平均曲率。其次,在曲梁单元内,利用曲梁振动微分方程和Therdorson非定常气动力模型建立曲梁单元的颤振微分方程。然后,运用传递函数法,将曲梁单元的颤振微分方程转换为状态空间形式,并依照有限元组集的思想形成机翼整体平衡方程。最后,通过求解特征值问题获得机翼的颤振速度和颤振频率。通过与已有文献结果的对比,验证了新方法的正确性和有效性。     

基于流固耦合方法的大展弦比机翼非线性颤振特性分析

针对大展弦比机翼的柔性大、变形大的特点,基于非定常涡格法求解机翼的非定常气动力,考虑了大展弦比机翼的几何非线性效应,提出了计算大展弦比机翼非线性颤振分析的新方法。以某平板机翼为例:计算了机翼静气动弹性变形、振动特性和颤振特性随着攻角增大的变化规律;比较了颤振结果线性解与非线性解的差别。相关的分析结果表明:大展弦比机翼颤振分析需同时考虑几何非线性效应和气动网格变形。     

机翼折叠运动的瞬态动力学响应分析

结合多体动力学中的浮动坐标系法和结构动力学中的模态综合法,建立了机翼折叠运动的动力学控制方程,预测了机翼折叠运动中的瞬态动力学特性。将有理函数近似导出的折叠运动中的非定常气动力引入到动力学控制方程中,获得了机翼折叠运动中在时变气动力作用下的瞬态动力学响应。结果表明:机翼折叠过程越缓慢,得到的瞬态响应越平稳;机翼柔性对折叠变形过程中的瞬态响应影响较大;在一定的来流速度范围内,来流速度越大,稳态时翼尖位移响应的振荡越小,越有助于机翼的折叠变形。     

基于近似边界条件的三维机翼气动弹性数值模拟研究

物面边界条件采用一阶近似边界条件,计算网格采用静止的笛卡尔网格;通过求解Euler方程,得到三维机翼的非定常气动力,耦合机翼运动方程进行气动弹性的计算;流场和结构之间的数据通过无限平板样条法(IPS)进行交换.使用文中方法计算了三维气动弹性标准模型AGARD445.6机翼的颤振边界,计算结果与实验结果吻合,表明该方法可以准确高效地求解三维机翼的气动弹性问题.     

叶轮机失谐叶片流固耦合颤振高效分析方法

直接流固耦合算法耗时极大,因此传统的失谐叶盘结构系统颤振研究一般将气动力忽略或将其当成小扰动。为了快速、准确分析叶轮机失谐叶片的颤振特性,基于气动力降阶模型提出了一种高效的叶轮机失谐叶片流固耦合分析方法。该方法利用系统辨识技术和一些基本假设来构建叶栅非定常气动力降阶模型,并在状态空间内耦合结构运动方程,得到气动弹性模型,通过改变部分叶片的结构参数来研究失谐对系统流固耦合颤振稳定性的影响。针对STCF 4算例,该方法计算得到的响应结果和直接CFD的结果吻合良好,但计算效率却提高了近2个数量级。运用该方法研究叶排系统的刚度失谐,通过求解气动弹性矩阵的特征值快速获得了系统的稳定性特征。结果表明,刚度失谐可以明显改善系统的颤振稳定性,也会导致模态局部化。失谐方式、失谐量和流固耦合作用对失谐后系统的颤振稳定性都有明显影响。     

采用非定常N—S方程的翼型颤振特性分析研究

以非定常N－S方程为主管方程,计算翼型振动的瞬时非定常气动力,并与颤振方程耦合求解,用时间推进的方法,计算了结构响应特性。经多个算例计算,研究了颤振的临界速度随马赫数的变化规律以及极限环振荡等非线性特性。计算结果与其它献计算结果吻合很好。     

智能复合材料机翼的气动弹性剪裁

通过含有位移和电自由度的四节点板元,利用哈密尔顿原理,推导了含有压电传感器和作动器的智能复合材料机翼的机电耦合动力学方程.采用西奥道生非定常气动理论结合片条理论构建气动力模型,获得机翼的颤振方程,并利用v-g法分析了复合材料的铺层方式和反馈增益对颤振速度的影响.结果表明:复合材料的铺设方式和反馈增益系数是在相互影响下改变机翼颤振速度的.     

大展弦比复合材料机翼研究进展

长航时无人机普遍采用轻质、高比强度复合材料结构大展弦比机翼,该类机翼在飞行过程中表现出显著的几何非线性和气动非线性,进而导致机翼的气动弹性非线性.大展弦比复合材料机翼的设计分析方法与传统机翼有很大不同.为研究大展弦比复合材料机翼的进展,并预测其未来可能的发展方向,对现有大展弦比复合材料机翼设计、分析、试验方法进行分析总结.首先,对大展弦比复合材料机翼结构设计方法、结构分析方法进行了介绍;然后,介绍了两类用于大展弦比机翼的气动力分析方法:基于片条理论和二元非定常气动力相结合的气动力分析方法以及考虑展向流动效应的三维气动力分析方法,重点总结了复合材料大展弦比机翼静气动弹性、动气动弹性分析方法以及主动控制技术在大展弦比机翼中的应用,并分析了大展弦比复合材料机翼气动弹性剪裁最新进展;最后,综述了大展弦比复合材料机翼试验研究进展.基于文献分析可知,现有大展弦比复合材料机翼的结构模型多采用等效梁板模型,气动模型多采用片条理论与考虑动失速的二元非定常气动力相结合的模型.气动降阶模型与结构模型相耦合进行相关研究,以及大展弦比复合材料机翼的飞行试验,均是大展弦比复合材料机翼未来可能的研究发展方向.