前缘变配重颤振分析

为了提高某型飞机机翼颤振速度,详细探讨利用副翼前缘配重提高颤振速度的方案. 用MSC Nastran对副翼前缘进行变配重重量和位置的振动、颤振计算分析. 得到的结果有助于改善机翼的颤振特性,为机翼改进设计及飞机振动、颤振试飞提供参考.     

基于CFD-CSD耦合的机翼跨音速颤振计算

采用CFD-CSD耦合计算是预计机翼跨音速颤振特性的主流方法。以跨音速颤振国际标准模型AGARD 445.6机翼为研究对象,利用ANSYS.MFX多场耦合求解器对Euler方程进行求解来获得作用在机翼表面上的非定常气动力;对结构振动方程采用HHT方法直接数值积分以获得结构响应。通过CFD和CSD的耦合,计算了AGARD 445.6机翼的跨音速颤振特性。数值模拟结果与NASA风洞实验结果符合良好,表明利用ANSYS.MFX计算机翼跨音速颤振问题是可行的。     

基于ANSYS/CFX耦合的机翼颤振分析

在飞行器飞行气动特性的研究中,为避免传统方法进行颤振点预测时的"准模态"假设,能够更加准确地仿真机翼在流场中的真实运动情况,根据CFD/CSD一体化设计思想,采用了ANSYS/CFX紧耦合算法,对国际标准气动弹性模型AGARD 445.6机翼作了颤振分析,验证性地研究了亚音速和跨音速颤振机理,将仿真计算结果和实验数据进行了比较.表明耦合计算所得的颤振速度和颤振频率和实验值吻合,在亚音速阶段,机翼颤振主要是机翼的弯曲扭转耦合运动引起,而跨音速阶段则主要是机翼的弯曲运动的不稳定性引起,与理论定性分析得到的结果一致,证明ANSYS/CFX全耦合的应用为求解非线性流固耦合问题提供了有效的方法.     

基于LQG自校正器的机翼颤振主动抑制

研究了一种基于LQG自校正器的机翼颤振主动抑制设计方法.以带有后缘控制面的柔性机翼为研究对象,采用在线辨识来获取系统的时变参数,利用Kalman滤波器重构状态,通过求解离散时间代数Riccati方程得出机翼颤振主动控制律.在Simulink仿真平台上实现了上述方法,仿真结果表明,该控制器能够有效抑制机翼颤振的发生并具有一定的鲁棒性.     

复合材料机翼颤振特性的数值仿真

研究机翼振颤性能优化问题,由于复合材料机翼具有材料耦合和几何耦合的特点,传统的方法研究复合材料机翼的颤振特性比较复杂,耗时长.为解决上述问题,提出利用哈密顿原理建立了系统的运动方程,然后采用微分求积法进行离散,并编制了程序对复合材料机翼的弯扭耦合颤振速度在Matlab软件上进行了数值仿真.结果表明,微分求积法的计算结果精度高、速度快,并证明利用微分求积法分析复合材料机翼的颤振特性是可行且有效的.同时,分析了材料耦合刚度对颤振速度的影响,结果表明材料耦合刚度的绝对值稍大些才能提高机翼的颤振速度.     

民机概念设计阶段的气动弹性优化设计

针对民机气动弹性问题,进行概念设计阶段的气动弹性优化设计,尽量避免因气动弹性导致后续的设计更改甚至重新设计.以某大展弦比机翼为例,参照同类飞机初步确定结构刚度分布,并以结构重量最小化为优化目标,以颤振速度、最大变形、最大应力、发散速度的限制为约束条件,利用优化迭代方法进行气动弹性求解.结果表明,在给定的约束条件下,机翼的颤振速度满足气动弹性稳定性要求,且强度、刚度和静发散特性也都满足设计要求;同时,根据优化求解结果得到了机翼的刚度分布指标.研究结果为民机概念设计阶段的结构布局提供了依据.     

基于MSC Nastran的机翼振动抑制技术研究

利用MSC Nastran开发语言DMAP(Direct Matrix Abstraction Program),基于现代控制理论,建立机翼有限元结构的振动控制模型,并使用线性二次型最优控制理论对机翼结构进行振动抑制研究. 根据MSC Nastran对于大型稀疏矩阵强大的求解功能,有效地实现主动控制方法在大型有限元结构上的应用,并取得很好的控制效果.     

大展弦比机翼非线性颤振剪裁设计新方法

针对大展弦比机翼水平弯曲模态参与耦合颤振问题,首先用考虑几何非线性的颤振分析方法研究了某大展弦比机翼的颤振特性,结果表明水平一弯模态参与耦合降低了机翼传统模式的线性颤振速度;然后研究了复合材料的铺层主刚度方向角对机翼非线性振动特性和颤振特性的影响规律,提出了大展弦比机翼非线性颤振剪裁设计的新方法.结果表明主刚度方向角的变化主要引起了水平一弯模态振型的改变,一般表现为主刚度方向角从机翼后梁向后缘偏转,该阶模态的相对扭转振型节线位置向前缘移动;反之,该节线位置后移.进一步非线性颤振分析,发现水平一弯模态振型的变化引起了该阶模态参与耦合颤振速度的明显改变,主要表现为该颤振型的颤振速度随该阶模态的相对扭转振型节线位置前移量的增加而增大.通过两个算例验证了结论的正确性.     

太阳能无人机机翼颤振动力学建模与分析

太阳能无人机作为一种大展弦比轻质飞行器,其机翼的气动弹性效应显著,其中颤振问题尤为关键。此类飞机具有大尺寸和低刚度特点,通过风洞试验研究机翼颤振问题,成本高而且难度大,难以实现,因此仿真计算是分析此类飞机颤振问题的主要手段。针对国内某翼展为40米的太阳能无人机大展弦比机翼,首先对机翼有限元模型进行工程化处理,在此基础上开展结构动力学分析和颤振计算,重点计算了机翼上不同吊舱布置下的颤振速度。经过仿真计算,得到该太阳能无人机机翼颤振速度为26m/s, 满足设计要求,进一步分析表明,可以通过增加发动机连杆的长度、在发动机上增加配重以及改变吊舱在机翼上的展向站位等手段来提高此无人机的颤振速度。     

不可压缩流中二元机翼运动的Hopf分岔

机翼的颤振是一种典型的自激振动,它是由气动力、弹性力和惯性力的相互作用引起的一种气动弹性现象.本文研究了具有结构非线性刚度恢复力的机翼颤振的Hopf分岔问题.首先,利用连续时间的Hopf分岔显式临界准则分析了机翼颤振Hopf分岔的存在性,推导了第一李雅普诺夫系数的通项公式,为判定机翼Hopf分岔的稳定性提供了依据.其次,分析了机翼颤振退化的余维二Hopf分岔的存在性条件,得到了满足条件的双参数分岔区域.然后,推导了第二李雅普诺夫系数的通项公式并结合中心流形降阶原理和同构变换进一步分析了余维二Hopf分岔的稳定性以及其局部开折问题.最后,通过推导第三李雅普诺夫系数分析了余维三Hopf分岔中心的稳定性.     

抑制机翼主动颤振的输出微分调节器

机翼的主动颤振抑制技术是现代弹性飞行器设计的重点,传统的基于输出量最小化设计的线性二次最优调节器(LQRY)由于引入的信息量少,其抑制颤振的效果并不理想.本文提出了一种基于输出微分项推导的最优调节器(ORW)设计方法.与LQRY方法相比,该方法引入了更多的系统信息,能够有效抑制无法直接测量的输出微分项的振动,从而更快地抑制输出的振动.最后对典型的气动弹性主动控制系统(BACT)模型,分别采用LQRY和ORW调节器对机翼颤振进行抑制,仿真结果表明,新方法能够更加快速有效地抑制机翼的颤振.     

基于压电作动器/传感器的升力面颤振主动抑制

利用压电材料的正压电效应与逆压电效应对悬臂板结构复合材料机翼进行观测与颤振抑制.采用不同的压电材料分别作为作动器与传感器,建立了含有压电层的复合材料层合板的有限元模型,采用偶极子网格法(DLM)计算升力面的亚音速非定常空气动力,用Roger近似法对频域空气动力进行有理化近似,在此基础上建立了力-电-气动耦合系统的控制方程.针对多输入多输出(MIMO)系统,设计LQG最优控制律,对比系统的开、闭环颤振特性.应用Runge-Kutta法求解系统的时域动响应,数值仿真验证了该方法对颤振抑制的有效性.     

大展弦比复合材料机翼动力学分析

针对结构非线性对大展弦比机翼动力学特性影响很大的问题,使用MSC Patran和MSC Nastran软件进行有限元建模及分析,将大展弦比机翼建成薄壁盒型梁模型．研究大变形对机翼动力学特性的影响,比较复合材料盒型梁模型和金属盒型梁模型的计算结果,并讨论复合材料铺层顺序的改变对机翼动力学特性的影响．研究表明：复合材料机翼的各阶固有频率明显高于铝合金机翼;铺层顺序会影响复合材料机翼的固有频率．     

MSC Nastran优化功能在结构强度设计中的应用

对某型飞机机翼主梁,以MSC Patran、 MSC Nastran为基本工具,对其结构进行优化设计. 优化后的结构重量、梁缘条面积、梁腹板厚度满足工程实际要求;通过有限元分析,翼尖扰度也满足变形要求.     

一类大展弦比机翼非线性模型的稳定性与分岔

结合材料力学中曲率的概念,利用格罗斯曼理论计算气动力,应用拉格朗日方程建立了一类大展弦比机翼的非线性动力学模型.对该模型进行了无量纲化处理,利用第一李雅普诺夫量研究了该系统由稳态平衡解向Hopf分岔解(颤振运动)演化的临界条件和路径,以及系统发生benign颤振(超临界)、catastrophic颤振(次临界)的识别条件.利用规范性理论、Hopf分岔定理研究了模型的颤振行为,并研究了不同展弦比对颤振速度的影响.数值模拟验证了理论分析的结果.     

大展弦比机翼μ控制

利用大展弦比机翼后缘不同位置上的操纵面进行颤振主动控制,通过将大展弦比机翼简化为包含弯曲和扭转两种模态的悬臂梁结构,根据片条理论,建立包含操纵面运动规律的大展弦比机翼气动弹性方程.由于简化的数值模型与实际模型之间存在一定的误差,通常模型的运动方程包含有不确定参量用来表示建模误差.鲁棒控制方法能够得到一个有效控制器,控制这种带有模型不确定参量的运动方程.文中论述利用鲁棒μ控制方法,研究有两个操纵面大展弦比机翼的鲁棒控制问题.仿真结果表明鲁棒μ控制可以有效地抑制大展弦比机翼的受扰振动,提高颤振临界速度,且两个操纵面共同控制效果比单操纵面显著.     

带控制截面机翼结构基于非线性能量阱的颤振抑制

二元刚性机翼结构简化为三自由度结构,在浮沉位移和俯仰位移方向的非线性刚度简化为立方非线性,对于控制截面存在间隙采用双线性刚度代替.基于靶能量转移的原理在机翼结构耦合非线性能量阱,实现对机翼颤振的抑制.考虑准定常气流,建立机翼减振前后的运动方程,通过数值模拟构造减振前后峰值-峰值图,初步反应其整体的减振效果.通过弧长数值连续法和结合Floquet算子构造减振前后的分岔图,并研究其稳定性.通过分岔图结合数值模拟的峰值图,讨论在不同风速下的减振效果,结果表明机翼结构颤振可以部分甚至全部抑制.     

高超音速二元机翼的颤振响应研究

在飞机结构设计中,非线性因素不可避免.本文以高超音速流下的,在俯仰自由度上含有立方非线性刚度的二元机翼为研究对象,采用平均法及颤振理论研究了超高速飞机机翼的非线性动力学行为,并通过数值计算验证了理论计算的正确性,给出了对比分析结果.     

某型齿轮泵转子强度、振动和接触应力分析

在MSC Patran有限元软件中建立齿轮泵转子的有限元模型,并通过MSC Nastran和MSC Marc求解器对齿轮泵转子系统的强度、振动和啮合齿间接触应力进行有限元计算分析.     

机翼气动结构耦合数值分析方法

针对机翼的静气动弹性问题,为准确预测其气动特性,研究一种实用有效的气动结构耦合仿真方法.以客机机翼设计为例,通过机翼的静气动弹性问题分析和机翼的气动结构耦合分析流程的分解,建立参数化、自动化、模块化的气动结构耦合仿真分析平台.该平台的流程包括基于全速势方程的气动分析、基于MSC Nastran的结构仿真、应用MATLAB的载荷到结构模型的传递、结构变形向气动外形的映射等环节.算例表明该方法能较好地解决机翼的静气动弹性分析问题.