频域颤振μ分析的连续性及复摄动方法研究

摘 要：经典的线性颤振分析方法需要求解颤振特征值问题，并需要对特征值进行跟踪排序，以消除在确定颤振临界点时可能出现的颤振模态分支的“窜支”问题，从而影响了颤振分析的效率及自动化程度。为避免此问题，根据现代鲁棒控制理论，提出了一种直接利用频域气动力的μ-ω方法；在气动弹性方程中，引入速压摄动，建立μ分析框架，从而可采用频域μ分析进行颤振临界点预测，无需求解颤振特征值问题。注意到速压摄动量必须为实参数的要求，使得结构奇异值μ可能存在不连续性；针对此问题，对一个二元机翼气动弹性系统，采用定常气动力模型，进行解析分析的结果表明，仅允许实数摄动时，μ不连续性的确存在；但若允许复数摄动，则可以解决该问题；且计算结果表明，本文提出的复摄动μ-ω方法是一种具有很好精度的频域颤振分析方法。     

一种弯曲型压电堆作动器的设计及在振动控制中的应用

提出了一种弯曲型压电堆作动器并将其应用于悬臂梁主动振动控制中。新型作动器由一个压电堆和一个 型金属底座和一个预压螺钉组成。该作动器的通过底座对压电堆纵向变形的约束而使底座弯曲变形产生作动弯矩。推导了新型作动器的输出作动弯矩计算公式，并将其应用于悬臂梁振动控制中，采用热弹比拟方法结合状态空间理论建立了带新型压电作动器的悬臂梁振动控制系统状态空间方程。分别应用正位置反馈（Positive position feedback，PPF）和神经网络预测（Neural network predictive，NNP）控制方法设计了主动振动控制系统。闭环仿真结果表明，采用本文提出的新型压电堆作动器控制悬臂梁的一弯模态位移响应，应用PPF控制其幅值可降低57%，应用NNP控制其幅值可降低92%。     

一种充分局部化的子结构并行有限元方法的变分原理

局部化的有限元分裂内联法(以下简称L-FETI),是一种适合于机群系统的并行有限元方法,它将一个连续结构系统分解为多个独立的子域,各子域之间通过分区框架实现耦合。本文将分区框架视为无体积、无惯性的独立连接结构,在区域分解界面上引入局部化的界面位移和界面内力,直接从能量原理出发,构造了分区系统的势能泛函,完成了L-FETI方法的变分格式推导,说明了L-FETI方法在处理区域网格匹配问题和区域网格不匹配问题时所具有的一致性并引入惯性力,导出了基于L-FETI方法的动力学方程。     

考虑气动力修正的操纵面颤振特性研究

机翼在后缘操纵面带有大偏角时会发生一定程度的气流分离。采用计算流体力学方法计算大偏角操纵面上的气动力,并以此对采用偶极子格网法得到的气动力进行修正,进而进行机翼颤振分析。算例结果显示,气动力修正并不改变操纵面颤振模态的耦合类型,主导颤振的模态仍为机翼一弯和外段操纵面旋转;考虑操纵面偏转情况下的气动力修正后,计算得到的颤振速度比气动力未修正的结果高。     

四类典型设计参数对机翼/外挂颤振特性的影响分析

在某机翼颤振模型基础上,建立了挂架和外挂结构动力学模型,并组装成机翼/外挂颤振计算模型。与光机翼情况对比,对应基准设计参数状态的机翼/外挂颤振速度降低了近50%。为研究机翼/外挂颤振特性受设计参数的影响,分别改变机翼油箱燃油状态、挂架刚度、外挂弦向悬挂位置和外挂展向悬挂位置,获得了设计参数对该机翼/外挂模型颤振特性的影响规律,给出了提高机翼/外挂颤振特性的改进建议。     

带迟滞非线性环节二元机翼的气动弹性响应分析

基于Theodorsen非定常气动力理论,采用Roger拟合得到时域气动力表达式;针对二元机翼俯仰自由度带有迟滞非线性环节的情况,采用分段线性方式,建立了二元机翼气动弹性系统无量纲运动方程。通过数值仿真得到了系统极限环振动响应的时间历程和相轨迹,并与带中心间隙型非线性刚度环节二元机翼的气动弹性响应特性进行了比较;结果表明在一定的来流速度下,二元机翼俯仰自由度具有的迟滞特性会导致整个系统的极限环振动;最后用描述函数法给出了迟滞非线性环节的等效刚度及等效阻尼表达式,并进行了具有迟滞非线性环节二元机翼气动弹性系统颤振边界的等效线化分析,与直接数值仿真的计算结果吻合较好。     

带延迟反馈控制的二元机翼颤振稳定性分析

研究了单自由度线性气动弹性系统在延迟反馈控制作用下的颤振稳定性特性。首先根据气动弹性系统的力学模型和控制方程,建立了带延迟反馈控制气动弹性系统的闭环反馈系统数学模型,利用Nyquist判据对系统进行了频域稳定性分析。进而采用根轨迹方法就反馈增益和延迟时间进行参数分析,获得系统的颤振稳定性边界。分析结果表明,延迟反馈会降低系统的颤振品质。在MATLAB/SIMULINK环境下进行了时域数值仿真,验证了频域理论分析结果的正确性。本文建立的分析方法可推广应用于带延迟反馈控制的多自由度气动弹性系统的颤振稳定性分析。     

应用结构奇异值进行频域气动伺服弹性稳定性分析

基于鲁棒气动弹性分析理论,在气动伺服弹性系统中直接应用频域气动力,并引入复数速压摄动,导出了相应的μ分析框架,在此框架下应用结构奇异值理论,提出一种气动伺服弹性稳定临界点预测求解的完全频域方法。该方法既能保证系统结构奇异值的连续性,又可获得较为精确的计算结果。针对某型飞机及其偏航/滚转增稳回路构成的多输入/多输出气动伺服弹性系统的稳定性分析,采用本文方法求得的系统闭环稳定临界点与传统p-k法计算的结果吻合较好。     

应用μ-ω方法进行气动弹性稳定性分析的数值研究

结合最近提出的一种频域颤振预测μ-ω方法，将其推广应用到静气动弹性发散分析中，进行了复杂气动弹性系统的稳定性分析数值研究。首先采用该方法进行了某大展弦比后掠机翼模型的颤振分析，与p-k法得到的颤振速度相对误差为0.83％，颤振频率相对误差仅为0.39％。然后计算了某三角翼模型的静发散速度，与p-k法求得的发散速度相对误差为2.02％。结果表明μ-ω方法具有良好的求解精度，适用于复杂气动弹性系统的稳定性分析。     

一种复合材料跨声速颤振模型的部分结构相似设计方法

部分结构相似设计方法是一种较为实用的复合材料颤振模型设计方法,可用于飞机机翼、尾翼的跨声速颤振模型设计.该方法采用部分结构相似颤振模型设计策略,在动力相似模型的基础上,增加对主要受力构件和蒙皮的布置及传力路线的模拟.从而可以提高模型刚度分布和质量分布的模拟精度,进而提高振动特性和颤振特性的相似程度.以某飞机平尾跨声速颤振模型设计过程为例,对该方法进行验证.模型的质量特性测量结果与模态特性试验结果表明设计方法的合理性和正确性.