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。     

折叠翼的结构非线性颤振分析

由于折叠机构间隙的存在,折叠翼的刚度特性呈非线性关系特性,工程实践中需要有效的方法,建立并求解折叠翼的非线性气动弹性方程。该文提出了弦向多个自由度具有结构非线性刚度的折叠翼颤振分析方法,并对典型折叠翼面进行了非线性颤振分析。利用动态子结构方法建立了非线性气动弹性方程,分别在频域和时域给出了颤振求解方法。对比工程软件的计算结果,验证了该方法是否满足工程计算精度的要求。通过对典型折叠翼的计算得到以下结论。在弦向多个位置具有初载间隙型非线性的典型折叠翼结构在一定速度范围内会产生稳定的极限环振荡,在一定速度范围内结构响应与初始扰动相关,后缘铰链振动相比于前缘更加剧烈,初载角较大时振荡更加剧烈。     

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。     

高超声速机翼非线性颤振特性分析

采用3阶修正活塞理论推导二元高超声速机翼的非线性气动弹性动力学方程。选取几组系统参数,分别通过求取系统特征值,得到线性颤振速度。以及在考虑非线性效应时,分析系统在不同流速下的动力学响应特性。数值仿真的结果表明系统的非线性效应可以延迟或提前极限环振荡的产生。     

一种基于CR理论的大柔性机翼非线性气动弹性求解方法

大展弦比大柔性机翼在气动载荷的作用下,产生较大的弹性变形,其惯性特性、刚度特性、动气动弹性特性等亦发生较大改变,常规的线性气动弹性分析方法不再适用。基于Co-rotational(CR)理论,推导了机翼变形后的切线刚度矩阵和质量矩阵,建立了考虑几何非线性效应的大柔性机翼结构动力学模型;耦合改进的ONERA非线性非定常气动力模型,提出了一种适用于大柔性机翼的非线性气动弹性求解方法。采用Newmark直接数值积分法及松耦合技术在时域内对气动弹性运动方程进行求解,对所提出的非线性气动弹性求解方法的正确性和精度进行了验证,并研究了大柔性机翼的极限环颤振特性。研究表明:适用于大柔性机翼完整的非线性气动弹性建模需要考虑机翼结构大变形和非定常气动力动态失速等非线性因素;弯曲变形可降低临界极限环颤振速度的15%以上,而前移弹性轴能够有效的提高临界极限环颤振速度;所提出的非线性气动弹性求解方法具有较好的精度和效率,满足大柔性机翼非线性气动弹性的求解需求。     

二元翼段间隙非线性颤振的模糊控制

根据模糊控制不依赖于被控对象的精确模型,对参数变化不敏感,具有很强鲁棒性的特点,提出一种模糊逻辑控制器,对包含间隙的二元机翼极限环振荡进行控制,并对其响应机理进行探讨和研究。数值仿真结果表明,模糊控制器能够有效抑制非线性极限环振动,使系统迅速达到稳定,提高系统颤振速度。     

二元机翼的双稳环颤振及多重环分叉分析

本文利用等效线化及数值计算方法,研究了带初偏间隙型非线性俯仰刚度的二元颤振系统的双稳态极限环颤振特性,给出了极限环稳定区间的稳定性判据.分别分析了初偏参数及速度参数对非线性颤振系统分叉曲线的影响及系统的分叉特性,并用数值计算方法得到精确的分叉参数值.本文为动力学系统的分叉研究提供了一个有实际意义的力学模型.     

分离流动诱发的失速颤振和锁频现象研究

采用非定常雷诺平均N-S方程(Unsteady Reynold Averaged Navier-Stockes,URANS)模拟失速颤振中的非定常气动力,通过耦合结构运动方程,建立时域气动弹性分析方法,其中结构运动方程采用基于预估-校正技术的四阶隐式Adams线性多步法进行时域推进求解。首先对动态失速气动力响应和锁频区域的预测精度进行验证,确保求解器适用于模拟失速颤振。其次,采用该气动弹性分析方法对NACA23012翼型的颤振边界进行数值模拟,结果表明,预测得到的颤振速度边界和实验结果吻合较好。通过对失速颤振中的结构运动响应和流动特性进行分析,发现在失速颤振中前缘漩涡的产生和尾涡脱落是一种能量转换和注入机制,用以维持翼型的等幅振荡;同时失速颤振中出现的锁频现象是导致翼型在初始攻角为15°、16°和17°时颤振频率突然降低的主要原因。     

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。     

非线性伺服气动弹性的时域数值模拟

运用非定常流场求解器 ,直接求解翼面作任意运动的时域非定常气动力。将拉氏域内的伺服传递函数转化成时域内的伺服状态方程。通过时域气动力、结构状态方程和伺服状态方程的耦合求解 ,实现伺服气动弹性的时域数值模拟。可以方便地模拟如跨音速、大迎角及高超音速等带有不同非线性的伺服气动弹性响应。通过数值模拟发现 ,伺服系统会降低原有气动弹性系统的稳定性 ,结构陷波器的引入可以减弱伺服系统和结构模态的耦合。应用算例给出了大迎角下翼面的极限环响应和 M=7时伺服颤振速度随迎角变化的非线性特性。     

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...     

流线型箱梁颤振形态非线性特征的风洞试验研究

以南京长江第四大桥流线型箱梁断面为研究对象，基于节段模型自由振动风洞试验，详细测试了断面在不同攻角下的颤振性能。探讨了断面运动形态非线性特征随风速和攻角的演化规律，及非线性特征演化的动力学机理。研究表明，负攻角下，动力系统多非稳态极限环随风速增大逐渐减小的特征使得系统响应依赖于初始振幅，并导致了颤振性能随初始激励增大急剧减弱的现象；正攻角下，多稳态极限环随风速增大而增大的特征使得系统颤振响应表征为典型的软颤振；高风速下，极限环的消失使得系统响应表征为硬颤振，且不依赖于初始振幅；最后，从模态阻尼随振幅的演化规律，解释了系统颤振形态在各攻角下异同的动力学机理。     

考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析

摘要：研究了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统在参数具有随机性时作大范围运动的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形位移响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明：利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

超音速流中结构非线性二元机翼的复杂响应研究

基于活塞理论计算作用在二元机翼上的气动力，采用拉格朗日方程建立系统的运动微分方程。通过平衡点的Jacobi矩阵的特征方程求出了系统的Hopf分叉点，研究了带有立方非线性俯仰刚度二自由度机翼系统在典型参数下的稳定极限环颤振和混沌响应。结果表明，在超过一定的流体速度后，系统平衡点的个数及稳定性均发生了变化；随着流速的增大，在积分初始值较小时，系统出现混沌等极为复杂的响应。     

π型叠合梁颤振试验及数值研究

基于某π型叠合梁断面进行了颤振试验及颤振导数试验,试验结果表明断面的颤振形式是极限环振动(LCO)而非发散振动;分析了断面的后颤振极限环及频率演变特性;采用了基于阶跃函数的后颤振自激力模型并通过试验验证了其在计算颤振临界风速及后颤振幅值方面的精度及可靠性,进一步分析了数值计算和试验两者之间产生误差的成因;对比分析了几何...     

考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析EI北大核心CSCD

研究了带有附加质量的旋转柔性梁系统在参数具有随机性时的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明:利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

大展弦比夹芯翼大攻角颤振分析

首先导出大展弦比复合材料梁弯扭耦合模态的半解析解，对具有NACA0012翼型的大展弦比的夹芯翼，在模态空间内建立了运动方程。然后采用半经验的ONERA非线性气动力模型描述空气动力，形成了对大展弦比夹芯翼大攻角气动弹性问题的描述。通过结构求解器和空气动力求解器联合求解来完成非线性颧振边界的计算。为了验证非线性颤振边界的求解方法，还利用ONERA气动力模型中的线性部分建立了夹芯翼的线性颤振方程。结果表明：零翼根攻角时，线性颤振速度与用非线性颧振边界求解方法得到的颧振速度完全一致；颤振速度随翼根攻角的增加而迅速减小；复合层铺设方式对颤振速度有较大影响。     

非结构运动网格下的三维机翼颤振数值分析

利用非结构运动网格技术,考虑三维机翼弹性变形求解三维跨音速非定常流场,同时耦合多自由度结构运动方程进行跨音速标模算例AGARD445.6机翼的颤振数值分析。采用的流动控制方程为三维非定常Euler方程。用中心有限体积法进行空间离散,用双时间隐式方法进行时间推进。数值分析获得的颤振临界速度与马赫数关系曲线明显反映了跨音速颤振临界速度随马赫数变化出现“凹坑”的物理特征。同时,数值分析结果与风洞实验结果一致性较好验证了所使用的方法。     

边界松驰对壁板颤振响应的影响分析

基于一阶活塞气动力理论,根据Von Karman大变形应变-位移关系并用伽辽金方法建立了壁板颤振方程,分析边界松驰,面内力及壁板几何尺寸对壁板颤振响应特性的影响。结果表明:随边界约束的松驰,颤振临界动压减小,系统的静态稳定性降低,而屈曲和混沌运动的可能性增大;即使来流动压小于初始边界条件颤振临界动压,随边界的松驰,壁板可能产生极限环振动或混沌振动;较大轴力压力和较小的长宽比不利于壁板的稳定。