应用μ-ω方法进行气动弹性稳定性分析的数值研究

结合最近提出的一种频域颤振预测μ-ω方法,将其推广应用到静气动弹性发散分析中,进行了复杂气动弹性系统的稳定性分析数值研究。首先采用该方法进行了某大展弦比后掠机翼模型的颤振分析,与p-k法得到的颤振速度相对误差为0.83％,颤振频率相对误差仅为0.39％。然后计算了某三角翼模型的静发散速度,与p-k法求得的发散速度相对误差为2.02％。结果表明μ-ω方法具有良好的求解精度,适用于复杂气动弹性系统的稳定性分析。     

一种复合材料跨声速颤振模型的部分结构相似设计方法

部分结构相似设计方法是一种较为实用的复合材料颤振模型设计方法,可用于飞机机翼、尾翼的跨声速颤振模型设计.该方法采用部分结构相似颤振模型设计策略,在动力相似模型的基础上,增加对主要受力构件和蒙皮的布置及传力路线的模拟.从而可以提高模型刚度分布和质量分布的模拟精度,进而提高振动特性和颤振特性的相似程度.以某飞机平尾跨声速颤振模型设计过程为例,对该方法进行验证.模型的质量特性测量结果与模态特性试验结果表明设计方法的合理性和正确性.     

两种新型压电作动器在振动控制中的应用研究

对弓型压电片作动器(APA)和Π型压电堆作动器(PISA)两种新型压电作动器在振动控制中的应用进行了研究,并给出了两作动器的输出作动弯矩与驱动电压的关系式.将它们应用于一垂尾模型的第1阶弯曲(一弯)和第1阶扭转(一扭)模态响应控制中,建立了该压电主动振动控制系统的状态空间模型,采用二次最优控制(LQR)策略设计控制器,并进行了控制系统的闭环仿真.结果表明,APA在垂尾模型一弯一扭模态控制中的性能优于PISA.     

应用H_∞-范数进行多通道气动伺服弹性系统的频域稳定性分析

气动伺服弹性稳定性分析是现代飞机设计中必须考虑的课题。给出了多输入/多输出气动伺服弹性系统的频域运动方程,并由系统稳定性理论得出,在气动伺服弹性稳定临界点附近,系统的H∞-范数趋于无穷大。据此,发展了一种应用H∞-范数进行频域气动伺服弹性稳定性分析的方法。针对某型飞机及其偏航/滚转增稳回路构成的多输入/多输出气动伺服弹性系统,采用该方法求得其闭环稳定临界点,与p-k法计算结果符合较好。分析结果还表明:考虑增稳系统的影响后,飞机气动伺服弹性稳定边界,相对于无控飞机的颤振速度有所降低;对临界稳定模态进行限幅滤波后,减小了不利耦合,使气动伺服弹性稳定性得到提高。     

考虑几何非线性效应的大展弦比机翼气动弹性分析

针对飞机飞行过程中因受气动载荷作用、机翼几何非线性效应影响气动弹性稳定性,提出考虑结构大变形几何非线性效应的大展弦比机翼气动弹性特性分析方法。通过对MSC.Nastran软件二次开发实现该方法的计算流程。考虑大展弦比机翼几何大变形对气动面网格构型影响,在每个迭代步对气动面网格进行更新,求出大展弦比机翼在给定飞行状态下的静气动弹性变形,获得考虑机翼结构几何非线性效应的刚度矩阵,并进行机翼颤振特性分析。对大展弦比机翼模型进行气动弹性特性分析计算表明,与线性气动弹性分析结果相比,考虑机翼结构大变形几何非线性效应,机翼静气动弹性变形会影响机翼动力学特性,使机翼扭转频率明显下降,导致机翼几何非线性颤振速度低于线性颤振速度。     

气流偏角对不同形状复合材料壁板热颤振特性的影响

应用有限元方法分析研究了气流偏角和热载荷对不同形状复合材料壁板颤振特性的影响。采用一阶剪切理论、von Karman大变形板理论以及考虑气流偏角的一阶活塞气动力理论建立了考虑热载荷的复合材料壁板颤振的有限元模型。分析了三种面积相同但形状不同的复合材料壁板的颤振临界速压随温升和气流偏角的变化规律。结果表明,气流偏角为零时,面积相同形状不同的三种复合材料壁板的颤振临界速压随温度升高而近似呈线性降低,且三角形壁板的颤振临界速压高于梯形壁板,梯形壁板高于矩形壁板;随着气流偏角的增大,三种不同形状壁板的颤振临界速压都呈现出相同的规律;相同气流偏角下,三角形壁板的颤振临界速压最高,矩形壁板的颤振临界速压最低。     

复合材料曲壁板颤振特性分析

基于Marguerre曲板理论、von Karman大变形理论和气动力活塞理论建立超音速气流中三维复合材料曲壁板的有限元模型。分析了不同边界条件下复合材料曲壁板的曲率对曲壁板颤振边界特性的影响规律。结果显示:1)当曲率较小时,颤振是由曲壁板前两阶模态耦合产生,颤振临界动压随着曲率的增大而减小;2)当曲率较大时,颤振危险模态会随曲率增大而发生变化,颤振临界动压也会表现出复杂的变化规律;3)曲率较小时,四边固支曲壁板的颤振临界动压高于四边简支曲壁板;4)当曲率较大时,四边简支曲壁板的颤振临界动压可能大于四边固支曲壁板。     

考虑静强度和舵效约束的复材蒙皮后掠翼气弹剪裁

为解决后掠翼设计中减重与副翼效率降低的矛盾,进行了后掠翼复材蒙皮的气弹剪裁设计。针对复材蒙皮的铺层比例和厚度等设计参数,进行了变参分析,获得了设计参数对舵效的影响规律。根据所得参数影响规律,提出了在保持舵效不降低基础上进行蒙皮减重的工程优化设计策略。在此策略指导下,以复材蒙皮的铺层比例和厚度作为设计变量,同时考虑严重载荷工况下的静强度约束以及典型飞行状态下的舵效约束,以蒙皮重量最轻为目标函数,采用MSC.Nastran SOL 200模块成功进行了后掠翼复材蒙皮气弹剪裁设计。     

基于H无穷范数的颤振分析方法

颤振是一种典型的气动弹性动不稳定现象, 求解颤振临界点是气动弹性稳定性分析的重要任务之一.从H_∞控制理论观点出发, 将气动弹性系统视为多输入多输出系统, 并导出其传递函数矩阵. 在颤振临界点附近, 根据系统传递函数矩阵的H_∞–范数趋于无穷大的特点, 发展了相应的颤振临界点搜索方法. 与传统的颤振分析方法相比, 该方法属于完全频域方法, 算法更为简洁, 且具有更高的自动化程度. 数值算例表明, 该方法可以获得正确的颤振临界点.     

复合材料连翼的气动弹性剪裁研究

提出了同时考虑静强度和颤振速度约束的混合约束剪裁方法,以矩形悬臂复合材料层板机翼的算例验证了该方法的有效性.应用MSC/NASTRAN软件的气弹优化模块,对一个真实的复合材料连翼结构,采用分步实现的策略进行了连翼在颤振/发散速度约束下的气动弹性剪裁.结果表明,文中方法可以在满足最小重量要求的同时,满足连翼飞机静强度和颤振/发散速度设计要求.