高空风场条件风速概率分布与正态分布差异分析

在飞行器多学科优化设计中,高空风场是有重要影响的不确定性因素,需要准确获取其统计特性。高空风场条件风速的概率分布是特定的,为了便于将高空风场概率模型用于不确定性设计,减少计算量,提出了高空风场条件风速概率分布与正态分布差异的分析方法,给出了将高空风场条件风速概率分布简化为正态分布的适用条件。数值仿真结果表明:在纬度为24.3°N~42.2°N范围内,不同地区高空风场条件风速概率密度与正态分布概率密度的差异在海拔2~30 km范围内呈喇叭形分布,在海拔15 km附近,高空风场条件风速概率密度与正态分布概率密度最接近,高空风场条件风速的概率分布可近似假设为正态分布。综合以上工作,给出了在飞行器不确定性设计中考虑条件风速不确定性时,生成随机样本方法的选择建议。

基于等几何分析的柔性多体系统建模方法研究

近三十年来,柔性多体系统动力学取得长足进步,尤其是以绝对节点坐标方法(Absolute Nodal Coordinate Formulation,ANCF)为代表的非线性有限元已被用来处理复杂的柔性多体系统动力学问题.但绝对节点坐标方法采用斜率矢量作为广义坐标,导致系统自由度多,计算效率低.针对柔性多体系统,基于非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)曲线和曲面分别提出了Euler-Bernoulli细长梁单元和Kirchhoff-Love薄壳单元,在完全拉格朗日格式下,根据Green应变张量对单元变形进行描述,结合第二类Piola-Kirchhoff应力张量给出单元应变能公式,推导了单元的弹性力和弹性力雅可比矩阵表达式,最后通过静力学及动力学数值算例对提出的两类单元的性能进行对比和验证,为柔性多体系统建模提供了一种精确高效的新单元.

机载武器弹射投放系统气-刚-柔耦合分析及试验研究

本文建立了某气动弹射装置与机载武器弹射分离过程的气-刚-柔多场耦合系统分析模型,涵盖了弹射装置的气体运动、机载武器的刚体运动以及弹性运动等多种因素,并获得典型地面联合弹射投放试验的验证,分析确定了机载武器弹性的影响,可支撑机载武器及其弹射投放系统的设计。

捷联惯组减振系统角振动固有频率预示及不确定性分析

为开展捷联惯组减振系统优化设计,提出了捷联惯组减振系统角振动固有频率预示方法。建立了某捷联惯组减振系统简化动力学模型,对其动力学特性进行分析,试验验证结果表明,角振动固有频率预示结果与试验结果的相对偏差为-3.8%,预示结果与试验结果接近。进一步,为获取捷联惯组减振系统角振动固有频率的概率分布,考虑减振器刚度的随机分布,将蒙特卡罗方法与核密度估计法结合,开展了角振动固有频率的参数不确定性分析。通过仿真获得了不同样本组数的角振动固有频率变异系数与减振器刚度变异系数的量化关系,为惯组减振器刚度离散程度的量化控制及角振动固有频率的偏差设计提供了依据。

模块化桁架索网天线找形与展开动力学研究

为了对单模块桁架索网天线展开动力学进行建模,首先,基于力密度法提出一种考虑桁架弹性变形的索网找形方法:渐近迭代力密度法;其次,基于绝对节点坐标法建立桁架刚柔耦合模型,采用等几何分析方法建立索网非线性有限元模型,进而根据第一类拉格朗日方程建立天线刚柔耦合系统动力学方程,并采用广义–α方法对动力学方程进行高效数值积分;最后,对桁架索网天线展开过程的动力学特性进行了研究和分析。研究结果表明:索网找形方案满足天线反射面形面精度要求,得到均匀的索段张力分布;展开过程中桁架竖杆应力最大,在展开末段,驱动滑块对桁架产生较大冲击。

基于非线性接触刚度的铰接/锁紧结构动力学建模方法

基于位移矢量方程和非线性有限元,建立了可折叠翼面局部铰接锁紧结构连接刚度求解方法,并开展翼面整体静力/振动特性的理论研究和试验验证。首先,构建了考虑可折叠翼面柔性变形和配合间隙影响的位移矢量方程;然后,对折叠翼面局部铰接结构进行静力学分析,并基于粒子群优化方法对位移矢量方程中的转动矩阵和平移矢量进行求解,获得不同载荷下铰接锁紧结构的非线性刚度;最后,将局部结构刚度值带入整体翼面结构的板-弹簧模型中,并开展静力学分析和模态分析,研究表明理论预示结果与试验结果具有较好的一致性,验证了刚度计算方法的精度和可用性。本文提出的方法对可折叠翼面锁紧结构优化设计、翼面结构动力学分析预示等均具有一定的参考性。

基于热/力试验的折叠舵连接刚度与颤振分析

为了适装新型发射平台和进一步提高射程能力,高速飞行器需要采用折叠翼/舵的方案。高速飞行器面临的严酷高温环境和时变气动载荷条件,使折叠舵的结构动力学特性更加复杂,给开展折叠舵极端条件下热气动弹性特性的准确分析带来严峻挑战。本文构建了综合考虑温度、载荷、机构间隙和摩擦特性等因素的折叠机构力学模型,通过非线性有限元分析获得了不同因素影响下的连接刚度,并开展常温和高温试验验证研究。基于固有模态对结构进行降维简化,基于修正的三阶活塞理论建立了气动力模型,采用准定常模型对特定飞行剖面的颤振特性进行评估。基于Abaqus结构模型和STAR-CCM+气动模型,开展了时域响应分析。结果表明:常温和高温条件下,折叠机构转动刚度的计算结果与试验结果整体相对误差小于10%,具有较好的一致性,验证了模型的准确性和可用性;采用CFD与CSD耦合计算方法获得的临界颤振速度低于采用修正的三阶活塞理论结果,CFD/CSD耦合计算方法更加保守。本文建立的方法可为飞行器舵面颤振特性进行有效预示,对新型高速飞行器设计具有重要指导作用。

航天飞行器折叠翼锁紧机构力学模型

针对折叠翼插-拔式锁紧机构建模问题,采用平面应变假设和叠加原理对模型简化降维,构建了考虑间隙效应的连接刚度解析模型。首先,采用能量法求解接触摩擦引起的非静定问题,获得法向和切向接触力;其次,基于Hertz基本解计算出等效接触刚度,并采用梁模型计算弹性销的弯曲变形;通过将解析解与文献试验值进行对比,对方法的适用性进行验证,并进一步针对不同接触模式开展参数影响分析,最终给出了载荷和间隙对连接刚度的影响规律。结果表明:当载荷由20 N·m变为50 N·m时,锁紧机构的连接刚度增大约3%~5%,存在刚度渐硬非线性效应;而随间隙增大,连接刚度呈现下降趋势,其原因为配合尺寸影响弹性销与孔壁的相对姿态。