基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法及其试验验证

提出一种基于多项式修正片条气动力的跨音速颤振分析方法,以片条内升力和力矩随攻角变化斜率为修正目标,采用多项式方程模拟片条力矩分布,使整个翼面的气动力大小和分布都与目标相符,进而使用修正后的气动力进行跨音速区的颤振分析.计算结果经跨音速颤振风洞试验验证,该方法对翼吊发动机构型的机翼颤振型、带操纵面的尾翼颤振型都有较高的计...     

带外挂机翼颤振分析的传递函数方法

将传递函数方法应用于带外挂机翼的颤振分析。利用干净机翼的弯扭振动微分方程和Therdorson非定常气动力模型建立了机翼颤振方程。将外挂视为与机翼连接的具有质量及转动惯量的刚体,且考虑机翼与外挂间的俯仰联接刚度,通过变形协调和内力平衡等连接条件引入机翼颤振模型。运用传递函数方法,将颤振微分方程转换为状态空间形式,通过求解复特征值问题获得了带外挂机翼的颤振速度和颤振频率。通过与已有文献及有限元结果对比,验证了该方法的正确性和有效性。最后,讨论了外挂质量、转动惯量、外挂位置、挂架俯仰联接刚度等因素对带外挂机翼颤振特性的影响。     

地效翼的颤振特性研究EI北大核心CSCD

地面效应是指当机翼贴近地面飞行时,由于受到地面的干扰作用而引起升力增加和阻力降低的现象。研究地面效应对颤振的影响规律。建立基于计算流体力学/计算结构力学耦合的颤振计算方法,采用标模AGARD 445.6机翼对颤振计算方法进行验证。在此基础上,以贴近地面的三维机翼为研究对象开展颤振分析,研究指出地面效应增强了非定常气动力的幅值,而且离地越近这种效果就越明显,从而导致颤振速度随着离地高度的降低而减小。然后重点讨论了攻角对地效翼颤振的影响,与不考虑地效的经典线性颤振理论不同,指出地效翼的颤振速度与攻角有关,在地效区域内,增加机翼的攻角会使发生颤振时的静变形变大,导致机翼抬起和离地高度增加,地效减弱,使得颤振速度随攻角的增大而提高。     

航空复合材料翼面结构气动伺服弹性剪裁

本文对航空复合材料翼面结构进行了带主动控制系统、满足颤振速度及工艺尺寸要求的最小重量设计.采用亚音速偶极子格网法计算非定常气动力,用状态空间法计算翼面颤振速度,利用最佳控制理论进行最优控制设计,结构固有振动用谱变换Lanczos方法求得.机翼结构用有限元进行模拟,共采用金属及复合材料的杆元、受剪板元、正应力四边形及三角板元等,设计变量取为腹板板厚、杆元截面积及复合材料各定向铺层的厚度,目标函数取为结构重量,约束函数取为闭环颤振速度及工艺尺寸要求,优化问题用可行方向法求解,其中约束函数对设计变量的导数用差分法进行计算.文中对一个实验用机翼进行了颤振主动控制设计,对一个复合材料机翼进行了气动伺服弹性剪裁,证明本方法能充分考虑结构与控制系统的作用,具有很好的收敛性.     

一类非线性颤振问题的奇异摄动解

本文将非线性振动理论中的多尺度奇异摄动法推广应用于以非定常气动力理论为基础的机翼非线性颤振分析,给出了系统颤振响应的渐近解析解,并对解的稳定性进行了分析,得到的稳定颤振边界与数值积分结果相吻合。用本文的方法对带立方型非线性刚度的颤振系统进行分析,具有既定性又定量的优点,有进一步研究的前景。     

超音速飞行器翼—身组合体的颤振研究

飞行器的颤振是结构在高速气流中发生的一种自激振动现象,而这种现象在超音速和高超音速飞行器上极易发生。由于飞行器自身结构的复杂性,传统的组合体结构颤振分析在这种工况下会产生较大误差。利用特别适合复杂结构建模的动态子结构方法,针对飞行器在超音速飞行状态下高超音速流与飞行器自身结构的特点,考虑机翼、机身组合布局在颤振形态上产生的复杂情况,利用动态子结构中自由界面模态综合法,将整个飞行器分成机身、机翼子结构,基于非线性气动理论结合有限元计算软件,计算气动力分布情况并建立飞行器翼—身组合体系统的振动微分方程,对其进行颤振特性分析,得到飞行器在所设工况下的振动与颤振特性与颤振临界状态,实现全机气动弹性问题的仿真计算。为动态子结构方法应用于超音速飞行器的颤振研究提供理论基础,拓展了超音速飞行器组合体颤振的计算方法。     

机翼跨音速风洞颤振试验模型的计算分析

以某民机机翼跨音速颤振模型为研究对象,采用N-S方程求解固定边界流场的气动力,简化的跨音速小扰动方程求解运动边界流场的气动力,结合结构动力学的模态分析结果进行颤振特性分析。模型风洞试验前完成所有计算工作,试验后通过比较表明,计算结果与试验结果吻合:(1)颤振频率一致;(2)颤振速度随马赫数的变化趋势一致;(3)跨音速凹坑的底部位置一致;(4)颤振速度的偏差最大不超过10%,且在马赫数0.60和0.70处,偏差1%。由此可见该计算方法的计算精度高,可用于风洞试验结果的预判,提升风洞试验结果的可信度和风洞试验的效率,也可作为民机适航符合性验证的一种手段。     

基于非定常气动力降阶的AGARD445.6硬机翼不同迎角颤振研究

以AGARD445.6硬机翼为研究对象,发展了基于计算流体力学与模态叠加的并行流固耦合方法,计算该机翼在不同初始迎角、不同来流速度的气动弹性时域响应,结果表明：初始迎角小于7°时,该机翼颤振速度随着初始迎角增加而降低;初始迎角7°～10°,颤振速度随着迎角增大而增加。在10°迎角条件建立了基于径向基神经网络的非定常气动降阶模型,准确预测不同速度、减缩频率的非定常气动力,并使用时域龙格库塔法和频域VG法预测10°迎角的颤振特性;建立考虑初始迎角输入的非定常气动降阶模型,预测机翼不同初始迎角的颤振特性。基于降阶模型的初始迎角对颤振边界影响的机理分析表明：小迎角时,随着迎角的增加广义力系数幅值比增加,导致颤振速度的下降;迎角大于7°后展向涡改变了机翼表面压强分布,导致一扭广义力系数幅值比降低,从而增加该机翼颤振速度。     

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。     

一种静、动气动弹性的一体化计算方法

用欧拉方程计算非定常气动力，在时域内求解结构运动方程。根据计算得到的广义坐标时间响应的特性来判断机翼在给定来流条件下是否发生了颤振或静发散。如广义坐标的时间响应是收敛的．则扰动消失后的机翼平衡位置即为最终的机翼静变形，同时也得到了考虑弹性影响的机翼气动特性。从而得出飞机的静、动弹性一体化计算结果,与传统计算方法结果的比较说明了本文方法的有效性。