太阳能无人机机翼颤振动力学建模与分析

太阳能无人机作为一种大展弦比轻质飞行器,其机翼的气动弹性效应显著,其中颤振问题尤为关键。此类飞机具有大尺寸和低刚度特点,通过风洞试验研究机翼颤振问题,成本高而且难度大,难以实现,因此仿真计算是分析此类飞机颤振问题的主要手段。针对国内某翼展为40米的太阳能无人机大展弦比机翼,首先对机翼有限元模型进行工程化处理,在此基础上开展结构动力学分析和颤振计算,重点计算了机翼上不同吊舱布置下的颤振速度。经过仿真计算,得到该太阳能无人机机翼颤振速度为26m/s, 满足设计要求,进一步分析表明,可以通过增加发动机连杆的长度、在发动机上增加配重以及改变吊舱在机翼上的展向站位等手段来提高此无人机的颤振速度。     

基于完全气动弹性模型的冷却塔风致响应风洞试验研究

风荷载是冷却塔设计的控制荷载,完全气动弹性模型风洞试验是研究其风致响应的有效途径。基于此,推导了冷却塔完全气动弹性模型相似关系并用有限元分析方法予以验证,据此相似关系设计并制作了某核电站200m高超大型冷却塔的1∶400完全气动弹性模型,并在风洞中模拟的B类风场对其风致响应进行测试,试验前对模型的动力特性进行检验。试验结果表明：完全气动弹性模型能较为精确模拟冷却塔结构的质量、刚度和阻尼相似;迎风面的风致变形较大,而其中又以喉部附近最大;背景响应占总响应的主导地位,动力放大效应不明显;风振系数值随高度的增加而减小,各控制点风振系数均值略小于DL/T 5339-2006《火力发电厂水工设计规范》规定值。     

基于风洞试验的苏通大跨越输电塔风振系数研究

苏通大跨越输电塔的结构形式有别于普通的钢结构杆塔,其塔身下部结构采用钢管混凝土、上部结构采用钢管,质量突变大,主要受风荷载控制,并且塔高超出GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的梯度风高度限制。为此,采用气动弹性模型和刚性模型的边界层风洞试验确定苏通大跨越输电塔的风致响应和气动力,基于试验数据计算不同风向角下的惯性力风振系数、位移风振系数和有效荷载风振系数,并进行对比。并通过有限元分析梯度风高度对惯性力风振系数的影响,同时将有限元分析得到的风振系数分布和加权值与DL/T 5154的风振系数规定作比较。结果表明：上述3种风振系数分布规律并不相同,由其分别确定的等效位移接近于试验值;考虑梯度风高度后,风振系数变小,分布形状影响小;苏通大跨越输电塔的惯性力风振系数加权值小于1.6,且风振系数由下到上不是单调增大。     

特高压拉线式悬索塔风洞试验研究

拉线式悬索塔由双立柱支撑结构及拉线悬索系统组成,在概念和设计上均较为简洁。然而由于其高耸特点,因此是风敏感结构。为测试该类结构的风振响应特点,进行了塔线体系气动弹性模型的风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,立柱的顺风向风振响应与横风向属于同一量级;随风速增加,背风侧拉线趋向松弛,背风侧立柱受压减小;而迎风侧拉线则越趋张紧,迎风侧立柱受压增加,因此,需特别关注迎风侧拉线断线及迎风侧立柱受压稳定问题。     

基于动态近似边界条件的气动弹性数值模拟

发展了一种利用欧拉方程计算非定常气动力的数值方法,通过在固定物面边界上满足动态近似边界条件计算出非定常气动力,避免了在每个时间步重新生成网格或需用动网格技术进行网格变形处理过程,提高了计算效率。运用这种方法计算了一系列非定常气动力算例,并与非结构动网格准确边界条件下的欧拉方程解和实验数据进行了比较,进一步分析了翼型俯仰角和马赫数对非定常气动力相对误差的影响。将气动力解算器与结构方程耦合进行气动弹性数值模拟,计算了跨音速具有S型颤振边界的二元气动弹性标准算例-Isogaiwing。算例结果表明,利用动态近似边界条件的欧拉方程具有简便、高效的特点,并能在小振幅情况下得到与精确边界条件精度相当的非定常流场解,还可以用于气动弹性分析。     

阵风响应问题的区间分析方法

研究弹性飞机在大气中飞行时受到阵风干扰后产生的结构响应,考虑飞机阵风响应问题分析中存在的不确定性参数,将其用区间向量定量化,基于区间扩张理论和Taylor级数展开,并结合有限元计算方法,提出了区间分析的方法来估计结构阵风响应的变化区间.该方法只需要知道不确定参数的所在范围界限,为解决含有不确定参数的阵风响应这类复杂的气动弹性动力学问题提供了一个途径.通过数值算例,将区间分析方法与概率方法的结果进行了比较,显示了区间分析方法的有效性.     

膜结构风荷载和风致响应研究进展

膜结构是近年来在大跨度空间结构中广泛采用的结构形式。由于膜材料柔软、质轻的特点，膜结构对风的作用却十分敏感，风荷载是该类结构设计中的主要控制荷载，在响应分析中必须考虑气动弹性效应，但至今仍没有行之有效的分析方法。从风洞试验研究、响应分析方法和数值模拟等方面详细评述了膜结构风致振动的研究进展，并给出了今后研究的建议。     

气动弹性力学的近年情况及其发展前景

本文综述了近20年来国外气动弹性力学发展情况和远景。概括介绍了三个问题,一是结构模态参数:有限单元法在模态参数分析方面取得的成就和有待解决的问题,以及高性能微型计算机给地面模态试验带来的巨大进步和前景;二是飞机气动弹性力学:跨音速空气动力学的进展和要研究的课题,风洞和飞行试验技术的现状和展望,以及颤振主动抑制的效果及其发展前途;三是直升飞机和发动机的气动弹性力学:旋翼和叶栅在空气动力学和动态特性方面的现状和发展趋势。