高超声速机翼颤振的LQR主动控制系统设计

基于LQR（Linear Quadratic Regulator）方法研究了高超声速机翼颤振的主动控制系统的设计。首先,针对同时具有结构立方非线性和气动非线性的高超声速飞行器的二元机翼模型,通过对其在零平衡点的特征值进行分析,得到系统的Hopf分叉点。然后确定系统的性能指标,基于LQR方法设计了高超声速机翼颤振主动控制系统,有效地抑制了Hopf分叉点处持续振荡的颤振,算法简单,易于工程实现。最后通过仿真验证了控制方法的有效性。     

带间隙非线性的机翼操纵面颤振特性研究EI北大核心CSCD

针对大型民用飞机复杂机翼-副翼系统,利用双协调动态子结构法建立了缩比三维机翼-副翼带间隙操纵面颤振分析模型,得到非线性气动弹性方程,并分别在频域及时域内建立了求解方法:在频域内,利用谐波平衡法进行求解,通过引入间隙刚度的描述函数及相对舵偏振幅,建立了可利用V-g法进行颤振计算的方案;在时域内,利用有理函数拟合和时域推进法进行数值仿真,得到了与频域法结果相吻合的操纵面颤振极限环振荡特性规律。对三维矩形机翼模型开展风洞试验,揭示了间隙对操纵面颤振特性间的影响:间隙非线性使系统出现极限环振荡并使系统振荡发散风速明显降低。     

具有结构非线性的二元翼面颤振研究

该文分别研究了俯仰方向带中心间隙和初偏间隙的二元翼面,并提出通过加入摩擦力矩来减弱间隙非线性影响的方案。基于简谐条件下求得的非定常空气动力矩阵,采用Roger有理函数拟合,将其转为时域下的气动力的近似表达式,之后采用四阶Runge-Kutta法求解其时域内的气动弹性响应。结果显示：中心和初偏间隙对机翼产生的影响类似,都能使其在一定的速度范围内产生复杂的极限环振荡,但两者对间隙大小的敏感度有所不同。加入的摩擦能有效抑制间隙非线性的影响,使翼面的运动在低于线性颤振速度下能够衰减。且当加入的摩擦类型确定,初始扭矩和摩擦刚度的值比较大的情况下,其值和摩擦非线性在初偏间隙中加入位置的变化都对系统的颤振速度不会有明显的影响。     

结构非线性颤振分析的KBM法及实验对比

本文讨论由初偏间隙型弹簧连接的三角翼带外挂系统的极限环颤振。分别用基于ＫＢＭ法一次渐近解、二次渐近解的等效线化方法对初偏间隙型非线性作等效线化处理，并将颤振分析结果与模型风洞实验结果作对比。结果表明，无论是对于单稳定极限环颤振或是双稳定极限环颤振，基于ＫＢＭ法二次渐近解的等效线化分析都比描述函数法具有更高的精度。对于初偏间隙型非线性，当极限环幅值不大时，高次谐波项对系统的响应影响较大。     

新型运输机机翼的颤振特性分析

应用高精度耦合计算方法,对带翼梢小翼和C型翼梢的运输机机翼颤振机理进行了研究.气动弹性模拟中,采用Euler方程描述非线性气动力,基于有限元方法获得结构响应.首先详细分析了基本机翼的颤振和极限环振荡(LCO),并与试验值进行比较.在此基础上进行带翼梢装置的机翼颤振特性计算,同时合理分离翼梢装置的质量和气动力作用.研究结...     

基于椭圆函数谐波平衡法的二元机翼非线性颤振

针对低阶谐波平衡法精度不高的不足,引入椭圆函数谐波平衡法解决非线性气动弹性问题。基于一阶活塞理论,建立了高速二元机翼的立方非线性颤振方程,采用椭圆函数谐波平衡法、谐波平衡法和Runge-Kutta数值计算方法进行了求解。结果表明：椭圆函数谐波平衡法的计算结果与Runge-Kutta数值计算方法的结果吻合,且与谐波平衡法相比其相对误差更小,可以有效的预测极限环振荡的幅值及其临界点。同时研究了弹性轴位置及重心位置对极限环颤振临界点的影响,随着弹性轴位置不断靠近翼弦中点,极限环振荡临界速度不断增大;而随着重心位置与弹性轴距离的增大,极限环振荡临界速度存在一个极小值点。     

偏航 侧摆联接刚度对带外挂三角机翼颤振特性的影响

本文对一带外挂三角翼模型进行了颤振理论计算和风洞实验。分析了机翼/外挂系统偏航及侧摆联接刚度对颤振特性的影响,并在低速风洞中进行了模型吹风实验。实验结果与理论计算相吻合,根据研究结果,得出了一些有参考价值的结论。     

超音速弹翼非线性颤振分析与控制

摘　要：研究超音速弹翼非线性气动弹性稳定性与主动控制问题。采用三阶活塞理论建立含间隙弹翼非线性气动弹性动力学方程,分别利用Hopf分岔理论及数值方法给出系统的线性与非线性颤振速度,应用基于微分几何法及二次型最优控制相结合的方法,设计非线性系统控制器。最后分析控制器及系统参数对控制效果的影响。仿真结果表明设计的控制器可有效地实现对非线性系统颤振的抑制。     

超声速及高超声速壁板颤振中的湍流边界层效应

针对长宽比为0.5的试验壁板模型,采用Menter’s SST两方程湍流模型,通过CFD/CSD耦合实现超声速及高超声速壁板颤振的时域计算,来研究湍流边界层厚度对颤振动压的影响。分别计算了不同马赫数下不同边界层厚度的颤振动压。结果表明,边界层厚度在低超声速阶段对颤振动压影响显著。在马赫数为1.2时边界层影响达到最大,其结果超过无粘结果160%,计算结果和试验值吻合良好。随着马赫数增加湍流边界层影响很快降低,但仍有较大影响,在马赫数为8.0时颤振动压比无粘结果高20%。因此,要更精确计算高超声速流动中的壁板颤振,湍流边界层效应是必须考虑的因素。     

具有不对称间隙的二元机翼颤振研究

利用数值方法分析了有预荷载情况下具有不对称间隙的气动弹性非线性与结构非线性耦合的二元机翼颤振问题的动力学响应,研究了当速度比U^*/U_L^*从零逐渐增大到1时系统的全局演化规律,分析了频率比ω、机翼质量密度比μ、预荷载M₀、初偏值α_f、间隙δ及初始条件等参数对颤振临界点的影响,发现在有预荷载的不对称分段线性系统中不存在混沌运动形式,而且系统幅值的变化规律不受初值条件的影响,并根据引起俯仰幅值变化的敏感参数,提出几种控制和减小颤振的方法,可用于指导飞机的飞行结构设计及飞机结构的日常维护。     

钢板弹簧刚度特性及接触摩擦的非线性有限元分析

传统的钢板弹簧计算方法在精确建立力学模型时难度较大。考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素,建立某钢板弹簧的计算模型。提出考虑由相邻叶片所组成的接触对上接触压力和应力的分布分析方法,计算不同摩擦系数和载荷情况下的变形、等效应力和接触摩擦力对板簧力学性能的影响,以及不同簧片接触对之间接触压力、摩擦应力,接触总应力的相关性,得到若干研究结果。所提出的方法为进一步研究钢板弹簧中相邻叶片之间的非线性状态提供参考。     

Nonlinear Dynamics of a Functionally Graded Thin Simply-Supported Plate Under a Hypersonic Flow

An analysis on the nonlinear dynamics of an FGM plate in hypersonic flow subjected to an external excitation and uniform temperature change is presented in this article. Material properties of the constituents are assumed to be temperature-dependent and the effective properties of FGM plate are graded in thickness direction according to a simple power law function in terms of the volume fractions. Based on von Karman type nonlinear strain–displacement relationship, the nonlinear governing equations of motion are derived by using Hamilton's principle. Galerkin's method is then utilized to discretize the governing partial equations to a two-degree-of-freedom nonlinear system, including the quadratic and cubic nonlinear terms. A third-order piston theory is applied for the hypersonic aerodynamic load. The Mach number and in-plane loading are used as bifurcation parameters. Numerical results including the bifurcations, waveform, phase plots, and Poincare maps are presented, for an FGM plate to show the influences of material gradient index, Mach number, and in-plane load on the nonlinear dynamics.     

机翼外挂系统极限环颤振的次谐响应研究

本文从理论分析及模型风洞实验两个方面对机翼带外挂系统极限环颤振的次谐响应进行研究。在非线性气动弹性系统处于稳定极限环颤振条件下,借助于单自由度非对称分段线性振子的次谐分叉条件,本文建立了一种预估极限环颤振次谐响应存在区域的相对简单的分析方法。数值积分及模型风洞实验结果表明这种预估是正确的。     

带有结构刚度非线性的跨音速翼型颤振特性研究

以非定常纳维尔－斯托克斯方程为主管方程,计算翼型振荡的瞬态非定常气动力,并与带有结构刚度非线性的颤振方程耦合求解,用时间推进的方法,计算了带有结构刚度非线性的结构响应特性,及带有三次型刚度和间隙型刚度非线性的跨音速翼型库振特性。计算研究表明,岂于同时具有结构和气动非线性,导致了振荡极限环极为复杂的特性。     

换热器直管非线性振动分析与控制

利用等价线性化解析方法,分析换热器直管的非线性振动,并指出振动的控制方法。通过对传热管的数学分析,得出振动系统的等价固有频率计算公式,对振型也作了探讨,为进一步分析直管的振动情况打下基础;根据得出的固有频率和通过分析流体的流动特性,可以采取相应的措施控制和避免振动,防止振动的破坏。把非线性运动理论应用于传热管运动分析,对传热管振动控制和换热器的工程应用具有重要的指导意义。     

带外挂后掠机翼极限环颤振的分析与实验研究

从理论及实验两方面，研究了带外挂后掠机翼的极限环颤振分叉现象，得到了稳定、半稳定及不稳定极限环。理论分析采用谐波平衡法，并通过在时域拟合非定常空气动力后，用数值积分法对所得结果进行了比较。风洞实验结果验证了理论分析结果的正确性。     

非线性混沌振动响应的试验分析

对非线性隔振系统而言,当其参数处于特定区域时,系统可能处于混沌状态,从而在线谱激励下可以产生具有宽谱特征的混沌响应,以达到消减潜艇辐射噪声线谱成分的目的。设计了分段隔振系统并开展试验研究,利用改进小波去噪算法和空间栅格特征提取方法对实测信号进行滤波和识别处理。试验中观察到了系统复杂的动力学行为,为混沌的工程应用提供了有益参考。     

非线性隔振系统混沌特性实验研究

本文设计建立了混沌特性实验装置，对以钢片弹簧为隔离元件的非线性隔振系统进行了实验研究，验证非线性隔振系统处于混沌状态时具有很好的隔振效果并且能有效地隔离结构噪声中的线谱成分，实验得出了非线性隔振系统的混沌特性区域以及其在混沌状态下的整体和对线谱的隔离效果。