高速飞行器壁板热颤振的非线性动力学分析

研究了高超声速飞行器壁板热颤振的非线性动力学问题。应变-位移关系基于Von-Karman薄板大变形理论,采用三阶活塞理论计算气动力,利用Hamilton原理建立了高超音速气流中热环境下二维壁板颤振模型。用Galerkin方法在模态空间对非线性壁板颤振方程进行离散化。运用李普诺夫理论判断受热壁板颤振的临界流速。采用数值方法在时域内求解受热壁板在高超声速气流中气动力作用下的颤振响应,分析来流速度和热效应对壁板颤振稳定性和壁板颤振边界的影响。     

带间隙约束的二维悬臂亚音速壁板极限环颤振分析

研究了带间隙约束的二维悬臂壁板在亚音速气流作用下的极限环颤振。采用微分求积法对运动方程进行离散,并分析了结构参数对系统响应的影响。结果表明:增加间隙处的弹簧刚度能减小系统极限环颤振幅值;间隙大小不影响系统响应的拓扑结构。     

Aero-Elastic Flutter Characteristics of Laminated Composite Panel Embedded with Shape Memory Alloy Wires

超声速流中铺设形状记忆合金丝的复合材料壁板的

颤振研究

曹登庆¹,邵崇晖¹,许玉乾¹,赵海²

（1.哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

2.中国电子科技集团公司第二十九研究所,成都 610000）

创新点说明：

建立了分析铺设形状记忆合金丝的壁板颤振的新方法,并将此方法应用于研究形状记忆合金参数和安装角度对颤振抑制效果的影响。

研究目的：

研究超声速流中铺设形状记忆合金丝的复合材料壁板的颤振特性。分析了形状记忆合金的份数、预应变和温度对壁板临界颤振动压以及降低极限环幅值的影响。

研究方法：

采用von Karman大变形位移应变关系和三阶气动活塞理论描述壁板颤振模型中的几何非线性因素和气动非线性因素,基于Brison本构模型描述形状记忆合金丝的非线性恢复力,利用Hamilton原理建立超声速流中壁板的非线性运动微分方程。采用伽辽金离散法对所得的壁板偏微分运动方程进行空间离散,得到壁板的常微分运动方程组,最后采用Runge-Kutta法对壁板的动力学响应进行数值模拟。采用非线性动力学理论求解了壁板的临界颤振动压。

结果：

在复合材料层合板中铺设形状记忆合金丝可以提高壁板的临界颤振动压,形状记忆合金的最佳铺设角度是沿着气流来流方向。

结论：

通过加热形状记忆合金、增加其份数和预应变可以提高壁板的临界颤振动压,并且可以降低极限环颤振幅值。

关键词：壁板颤振,形状记忆合金,复合材料,极限环振动

     

轴向约束二维亚音速悬臂板的非线性颤振研究

研究了受轴向位移约束的二维悬臂板在亚音速流中的非线性颤振行为。采用微分求积法(DQM)对运动微分方程进行离散,通过龙格库塔法对系统的非线性响应进行数值模拟,并依据分岔图、平面相图对本系统的非线性颤振响应进行分析。结果表明:悬臂壁板在亚音速气流中会出现复杂的非线性颤振运动。     

时变离散系统的稳定性(1)

本文利用李雅普诺夫第二方法,研究了具有极限定常离散系统的线性、非线性及含有小参数的时变离散系统的稳定性。并给出了稳定性及不稳定性的判据。     

李雅普诺夫噪声主动控制算法的研究

为解决噪声主动控制系统中的非线性问题,提出基于李雅普诺夫稳定性理论的李雅普诺夫噪声主动控制算法。同基于梯度下降原理的传统噪声主动控制FXLMS算法不同,该算法首先定义跟踪误差的李雅普诺夫函数,基于李雅普诺夫稳定性理论自适应地调整输出误差双线性滤波器的权系数,使系统的误差渐近趋近于零,并且根据李雅普诺夫稳定性理论确保噪声主动控制系统的稳定性。通过仿真可以看出,在非线性噪声主动控制系统中,李雅普诺夫噪声主动控制算法优于FXLMS算法.     

采用非定常N—S方程的翼型颤振特性分析研究

以非定常N－S方程为主管方程,计算翼型振动的瞬时非定常气动力,并与颤振方程耦合求解,用时间推进的方法,计算了结构响应特性。经多个算例计算,研究了颤振的临界速度随马赫数的变化规律以及极限环振荡等非线性特性。计算结果与其它献计算结果吻合很好。     

铣削颤振过程非线性振动特性的在线分析

为了分析铣削颤振过程的非线性动力学行为特性,首先基于工件振动信号的相位差、最大李雅谱诺夫指数、排列熵等,分析变切深铣削过程中平稳铣削振动信号、颤振孕育振动信号和颤振振动信号的的非线性特征。然后基于虚拟仪器平台开发了铣削振动信号的采集与分析系统,进行在线预报铣削颤振实验。试验结果表明,振动信号的相位特征可以有效检测铣削颤振,但不能有效预报切削颤振孕育;在铣削颤振不同阶段,振动信号的李雅谱诺夫指数的敏感程度不同,排列熵的阈值也不同。这样,相位差特征和混沌特征可以同时作为识别颤振孕育、发生的有效手段。     

具有时滞的非线性系统的BIBO稳定化

研究了一类具有时滞的非线性不确定系统的BIBO稳定化问题,利用常数变易法、李雅普诺夫函数法结合不等式分析技巧,给出了具有时滞的参数不确定非线性控制系统的BIBO稳定性的充分条件,同时给出了系统指数稳定的充分条件,改进了有关文献的相应结果。     

埋入SMA纤维的复合材料壁板的气弹稳定性研究

研究混杂SMA纤维的复合材料平直层合壁板在超音速气流作用下的颤振特性。采用特殊正交SMA纤维混杂单层板的正轴应力一应变本构关系、经典的克希霍夫层合薄板理论并结合超音速一阶活塞气动力理论导出SMA纤维混杂复合材料壁板的气动弹性方程。借助于Rayleigh-Ritz解析法,建立SMA纤维混杂复合材料壁板在SMA纤维的驱动作用下的振动和颤振性能预测的近似分析模型。研究结果显示出,SMA具有良好的抑制壁板颤振的功能。     

超音速、高超音速机翼的气动弹性计算方法

针对超音速和高超音速流动的特点，分析并检验了各种气动力工程算法(牛顿法，切楔／切锥法，活塞理论，激波膨胀波法等)，并将其推广运用于超音速和高超音速机翼的非定常气动力的计算中。通过与机翼结构运动方程的联立求解，在时间域内实现了超音速和高超音速机翼颤振的数值模拟。通过与实验结果的比较，证明该方法具有较高精度，误差能控制在10％左右。     

带结构刚度非线性的超音速弹翼颤振分析方法研究

提出了带结构刚度非线性的超音速弹翼的颤振分析方法。以非定常可压三维N-S方程为基础，利用NND-LU混合差分格式，Baldwin-Lomax紊流模型，C-H贴体运动网格计算非定常气动力，并和变系数颤振方程耦合，用时间推进求解的方法计算带非线性结构刚度的翼面颤振特性。通过一个带结构刚度非线性的导弹全动翼面的算例，计算研究了3种常见的结构刚度非线性(间隙型，转折型，三次型)对颤振特性的影响。计算结果表明，间隙型的刚度非线性使颤振速度下降。转折型和三次型刚度非线性能提高额振速度。在一定的速度范围内带结构刚度非线性的颤振系统可能出现极限环振荡。     

化学平衡对高速飞行器推进系统性能影响的研究

采用一种快速收敛且稳定性好的算法，考虑在高速飞行器的推进系统性能的计算过程中，化学平衡对性能的影响，通过比较发现，若不考虑化学平衡的影响，误差有时可达10％。因此，在模拟高速飞行器推进系统的性能过程中，必须考虑化学平衡效应。     

V形尾翼无人机喷流对气动力特性干扰的数值模拟

全球鹰外形的无人机,其V形尾翼位于发动机喷管两侧,发动机的高温、高速喷流对尾翼和飞机的气动干扰影响很大。文章通过数值模拟分析了V形尾翼与发动机喷流的相互干扰作用,给出了全球鹰外形无人机在不同高度、马赫数以及相应的发动机工作状态下的气动力特性,定量对比不带发动机喷流和带有喷流的计算结果,得出了发动机喷流对尾翼及全机的气动影响,可作为无人机V型尾翼和发动机气动布局设计的参考。     

复合材料壁板热颤振的有限元分析

壁板颤振是发生在高速飞行器上的一种典型的超音速气动弹性现象。在超音速飞行器的设计中，由于气动加热效应相当剧烈，考虑热效应的壁板颤振问题成为一个不可忽视的气动弹性问题。文中采用von Karman大变形应变一位移关系、气动叻活塞理论以及准定常热应力理论建立了考虑热效应的复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型。使用计及壁板横向剪切效应的三结点三角形Mindlin板单元(MIN3单元)推导出考虑热效应的颤振有限元方程，并给出了在频域和时域求解其颤振方程的方法。分别对一个矩形复合材料壁板和梯形复合材料壁板，计算出壁板的颤振边界并分析了温度对壁板颤振边界的影响规律。     

二维接触问题的无网格伽辽金-有限元耦合方法

研究了二维接触问题的无网格伽辽金-有限元耦合方法。给出了接触问题的数学模型，对其中的线性规划法进行深入分析，并将它与无网格伽辽金-有限元耦合方法结合求解接触问题。通过编程对光滑表面圆柱体与刚性平面的弹性接触问题以及粗糙表面与刚性平面的弹性-理想塑性接触进行求解，在对无网格区域相关参数研究的基础上，指出了用无网格伽辽金-有限元方法求解接触问题时的合理参数范围。     

聚甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯的紫外光引发溶液聚合及性能研究

采用紫外光引发溶液聚合得到了甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合物，研究了聚合过程中引发剂安息香乙醚(BE)用量、单体浓度、光引发时间对聚合速率、产率及分子量的影响，实验确定了制备线型聚甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯聚合物(PDMAEMA)的工艺及方法。采用膨胀计法研究了聚合反应，结果表明：DMAEMA单体可能同时参与了光引发过程。通过对PDMAEMA水溶液性能研究发现，PDMAEMA水溶液具有明显的温度及pH敏感性。     

一种密集波束域高分辨方位估计新方法

高分辨方位估计在声纳、雷达、通信等众多应用领域中占有十分重要的地位。提出了一种均匀线列阵的密集波束域MUSIC(DBMUSIC)法。该方法形成波束空间时，通过波束密集系数控制波束之间的密集程度，从而提高方位估计方法的多目标分辨能力。同时讨论了波束密集系数以及快拍数对DBMUSIC法分辨性能的影响。研究表明，与原波束域MUSIC(BMUSIC)法相比，在低信噪比的条件下，DBMUSIC法的高分辨估计性能得到明显改善，应用前景良好，而且快拍数越大，DBMUSIC法的多目标分辨能力越强。