迎角对间隙舵面的非线性颤振特性影响研究

针对典型超音速舵面,采用基于CFD(computational fluid dynamic)技术的当地流活塞理论计算气动载荷,运用等效线化方法分析带有间隙非线性的舵面颤振特性。研究飞行迎角和舵面间隙大小对系统极限环颤振特性的影响规律。计算结果表明,适当赋予一定的气动预载荷、减小间隙大小等措施,可以提高带有间隙舵面的气动弹性稳定性。对于该舵面模型而言,无间隙颤振速度和舵面间隙大小满足国军标要求时,有间隙舵面在实际飞行中不会发生破坏性颤振,只在0°迎角情况下才会出现微幅极限环运动。

桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动方法

通过对系统复模态的特征分析发现,只要给定一个折减风速,就可以唯一地确定出系统的振动模态参数;反之,如果已知某一折减风速(或折减频率)时系统的振动模态参数,将可以确定出对应于该折减风速的桥梁断面各颤振导数。基于该思想,建立了从系统振动模态参数确定桥梁断面颤振导数的方法,该方法理论严密,并根本上克服了现有耦合自由振动颤振导数识别方法存在的缺陷。通过数值算例对该桥梁断面颤振导数识别方法的可靠性和适用性进行了有效的验证,且该识别方法能够对桥面颤振发散后的颤振导数进行识别。

带外挂三角机翼极限环颤振的实验研究

本文从实验方面来研究室外挂俯仰有预加载间隙对颤振的影响。风洞吹风中测出了单稳定极限环、双稳定极限环颤振的情况。实验结果与谐波平衡法计算值进行了比较。

变时滞间隙非线性机翼颤振主动控制方法

针对当前考虑时滞的机翼颤振主动控制研究多集中在只考虑某一通道存在固定时滞的问题,为解决控制回路前向和反馈通道都可能存在不确定时滞的情况,提出了具有时滞补偿功能的控制方法,实现对双向通道不确定时滞的颤振控制。在控制系统回路传输的数据中附加"时间戳"标志。在反馈通道,考虑系统状态不完全可测,设计时滞补偿状态预估器;在前向通道,提出了基于状态反馈的时滞补偿预测控制器。分析了使用所提时滞补偿策略构成的闭环控制系统的稳定性。以含间隙非线性的翼型为被控对象,对其发生颤振时前向通道和反馈通道存在不确定时滞的颤振控制进行了研究。讨论了不同通道的时滞大小对颤振控制效果的影响。仿真结果表明:所提时滞补偿控制方法能有效抑制颤振,提高系统的稳定性;在控制性能影响上,基于状态反馈的控制方法,其控制效果受反馈通道时滞的影响更大。

飞机结构气动弹性分析与控制研究

随着主动控制技术的发展,飞机结构设计理念已由提高结构刚度的被动设计转变为随控布局的主动设计.主动设计理念不再刻意回避气动弹性问题,而是采用主动控制技术实时调节结构气动弹性,进而减轻结构重量、优化飞机性能.在飞机随控布局主动设计中,必须深入分析结构与气流之间的耦合,才能更好发挥气动弹性主动控制技术的作用.从20世纪80年代起,航空科技界对该问题进行了长期研究,对飞机结构-空气动力-主动控制相互耦合后的关键力学问题有了深入理解.然而,已有研究多基于简化模型,导致研究结果难以直接应用于工程.本文将针对气动弹性动态问题,综述空气动力非线性、控制面间隙非线性、时滞诱发失稳、颤振主动抑制、突风载荷减缓、风洞实验验证等方面的国内外研究进展,重点介绍近年来作者团队所提出的若干方法及相关算例和风洞实验.最后,指出今后一个时期值得研究的若干气动弹性分析与控制问题.

某型蒸汽轮机自由叶片失速颤振研究

为了给实际机组安全运行和叶片损坏故障分析提供技术依据．本文利用可考虑叶片间相角变化的叶片颤振预测方法对某型机组叶片的颤振性能进行了分析。理论预测结果和实验结果基本一致．研究结果表明．在一定的来流马赫数、叶片间振动相位角和较大的来流攻角条件下．该机组自由叶片发生失速颤振故障是可能的．对如何改善该型自由叶片的气动弹性稳定性进行了讨论．

大展弦比机翼/外挂系统气弹响应的数值研究

综合考虑大展弦比机翼的几何非线性和外挂与机翼连接处的中心间隙非线性,建立了大展弦比机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Hamilton原理推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明:中心间隙使系统出现极限环的起始速度明显降低;且在单稳极限环振动速度区间颤振幅值出现跳跃现象;随流速的增加,系统响应呈现出复杂的现象,如拟周期运动、周期运动与混沌运动相间出现、屈曲后颤振等。

风雨联合作用下大跨桥梁颤振稳定性试验研究

针对风雨联合作用下的大跨桥梁颤振稳定性,以一开槽双箱梁桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成基于自由振动法的节段模型颤振试验。通过分析不同雨强下该桥梁主梁的颤振导数以及颤振临界风速,进而获取降雨对大跨桥梁颤振稳定性的影响规律。试验结果显示:颤振导数随雨强变化而变化,其中体现扭转气动阻尼特性的颤振导数变化较为显著,随雨强增大,颤振临界风速先增大后减小。试验结果表明:降雨对大跨桥梁的颤振导数以及颤振临界风速均有一定影响。

平行分离双幅桥气动导数识别的混合强迫振动试验法

自由振动试验法(FreeV法)用于平行分离双幅桥气动导数识别时,由于人工初始激励不同,节段模型产生的气动干扰不同,进而导致气动导数识别结果规律性差,识别数据离散性大。为此,提出了混合强迫振动试验法(MFV法),并对比分析了MFV法和FreeV法识别出的气动导数,以及基于MFV法和FreeV法的二维颤振分析结果与节段模型测试结果。研究结果表明:无论是上游桥还是下游桥,MFV法识别的气动导数均离散性较小,随折算风速的变化规律明确;而FreeV法识别的气动导数离散性较大,随折算风速的变化规律较差,尤其是受气动干扰效应影响较大的下游桥;基于MFV法预测的颤振临界风速与节段模型测试结果较为接近,而基于FreeV法预测的颤振临界风速与节段模型测试结果的偏差较大,尤其是下游桥,偏差更为显著;相比于FreeV法,MFV法能更为准确地模拟平行分离双幅桥的气动干扰效应,其颤振预测结果更准确。

含间隙非线性机翼跨声速颤振时滞反馈控制

颤振主动控制会引入时滞,对气动弹性系统闭环稳定性具有显著影响。针对当前考虑时滞的机翼颤振主动控制多集中在亚、超声速域,采用线性气动力分析的研究现状,结合现代飞机大都以跨声速巡航、控制面偏转为作动器进行主动控制的应用特点,发展了考虑结构间隙非线性,基于气动力降阶模型的跨声速颤振时滞反馈主动控制方法。首先,以白噪声为激励信号,辨识得到跨声速下非定常气动力降阶模型,与间隙非线性结构模型耦合,构建被控对象状态空间模型;然后,通过一种含积分项的状态变换将输入信号存在时滞的被控系统转化为无时滞的系统;最后,采用最优控制理论设计最优时滞反馈控制。仿真结果表明:对于含时滞的系统,若施加不考虑时滞影响的控制方法,则无法抑制颤振,所提控制方法的有效性不受时滞大小的影响,可有效抑制颤振的发生。

桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动测力法

随着桥梁跨度的不断增加,桥面风致振动所引起的气动力非定常效应和非线性效应较为显著,钝体断面的自激力高次谐波分量不可忽略.为研究非线性自激力特性,课题组开发了一套高精度测力天平.利用此天平首先采用Scanlan线性自激力模型测得桥梁断面颤振导数,并与修正最小二乘法识别结果进行对比,再用Newmark-β法反算位移,取得了很好的结果,验证了天平的可靠性.本方法因适用于非线性自激力研究,为下一步工作建立非线性自激力模型提供了很好的手段.

间隙非线性对二元翼段颤振特性影响

为了研究间隙非线性对颤振特性的影响,本文采用基于非定常雷诺平均方程的非定常气动力求解方法,耦合结构运动方程建立了时域气动弹性分析系统,并运用该系统计算三自由度无间隙二元翼段构型的颤振速度。采用描述函数法对间隙问题进行处理,得到了间隙非线性所带来的极限环振荡现象,并分析亚跨音速阶段间隙大小对颤振特性的影响。通过研究预加载对颤振特性的影响,得出预加载能够减弱间隙非线性影响,有效提高系统颤振速度。

开关量的实用软件处理方法

硬件电路对输入开关量, 键盘量进行去抖处理, 可以满足一般情况的要求, 但是增加了硬件的复杂性。通过软件去抖的方法, 可以弥补硬件去抖的缺陷。提出了一种通过逻辑判断的软件去抖的方法, -同时完成开关量的变化判别处理, 与传统的延时去抖相比具有简单实用, 可靠性高的特点。

一种非自由声场中声源表面振速重构简化方法

在非自由声场中利用近场声全息技术重构声源表面振速时,需要先去除干扰声及干扰声在声源表面的散射声对重构结果的影响。针对刚性边界的声源提出一种非自由声场中表面振速重构的简化方法。该方法利用声源表面的刚性边界条件,只需一步求逆过程即可实现干扰声和散射声的去除以及声源表面振速重构。在仿真中选取简支铝板作为目标声源进行分析,结果表明该方法能够在非自由声场中实现声源表面振速的准确重构。最后通过实验进一步证明了该方法的有效性。

桥板颤振导数的比较和敏感性分析 第一部分:试验数据分析

为评估风载下桥板的性能,通常采用多年来发展的两个独特的方法(自由和强迫振动),从风洞模型试验中得到桥板气动弹性系数。尽管已有众多的研究者对每个技术优缺点进行分析,但文献中缺少对试验结果的系统比较。本研究的意义在于进行与长期颤振导数试验数据相关的评估,包括分析和解释自由和强迫振动两种方法的异同点。从2002年开始,美国的爱荷华州大学和日本的公立研究所着手进行桥颤振导数的研究。试验包括的截面类型很广,从矩形棱柱到改进型,尤其考虑了当前在大跨桥中采用空气动力学设计梁的趋势。同时系统地分析和比较了两种方法颤振导数的试验结果。在相关的论文中,对敏感性进行分析以研究大跨桥在气动弹性不稳定时颤振导数数据中所隐含的不同点。

一种基于自由振动法的改进颤振导数识别算法

为提高提取主梁弯扭耦合时程响应特征参数和颤振导数的可靠性,在全局最小二乘法的基础上提出了一种改进的分级遍历迭代算法.首先,基于Theodorsen理论得到理想平板模型的颤振导数和特征矩阵;然后,在求解特征参数的基础上,利用状态空间法建立理想位移时程数据并进行参数识别,选用随机激励干扰信号和倍频干扰信号测验分级遍历算法的鲁棒性;最后,采用主梁节段模型测振试验检测该算法的实际应用性.结果表明:分级遍历迭代算法对初值要求较低,在接近颤振临界风速的敏感区域,特征参数识别误差小于0.2%;对于噪声强度5%以内的随机激励干扰和10%以内的倍频信号干扰,所提算法能够有效提取信号特征参数,重构位移时程曲线;对于与桁架转角相关的主颤振导数,所提算法与MUL S法的识别误差小于1.4%.

基于ARM的开关量信号采集模板的设计

开关量信号采样是工业过程控制领域一种常见的数据采集技术,但是开关量采集的抖动问题一直困扰着这一领域的工程技术人员和项目开发人员。基于Philips LPC2138 ARM微控制器设计了一块16通道开关量信号采集模板,并提出了一种快速的去抖动算法,对该模板软硬件的设计原理与实现方法进行了介绍。

折叠翼的结构非线性颤振分析

由于折叠机构间隙的存在,折叠翼的刚度特性呈非线性关系特性,工程实践中需要有效的方法,建立并求解折叠翼的非线性气动弹性方程。该文提出了弦向多个自由度具有结构非线性刚度的折叠翼颤振分析方法,并对典型折叠翼面进行了非线性颤振分析。利用动态子结构方法建立了非线性气动弹性方程,分别在频域和时域给出了颤振求解方法。对比工程软件的计算结果,验证了该方法是否满足工程计算精度的要求。通过对典型折叠翼的计算得到以下结论。在弦向多个位置具有初载间隙型非线性的典型折叠翼结构在一定速度范围内会产生稳定的极限环振荡,在一定速度范围内结构响应与初始扰动相关,后缘铰链振动相比于前缘更加剧烈,初载角较大时振荡更加剧烈。

基于耦合自由振动方法的桥梁颤振稳定性数值模拟

为精确模拟桥梁颤振流固耦合现象,必须利用非线性振动理论来求解偏微分方程组.本文采用Newmark-β法进行非线性振动的定量分析.利用嵌入Newmark方程的UDF程序驱动动网格实现耦合自由振动法识别桥梁颤振导数.通过对比理想平板颤振导数理论解给出Newmark方程参数的合理化建议,并与棋盘洲长江公路大桥风洞试验结果对比验证该方法的精度.结果表明:修正后的耦合自由振动法计算得到的颤振导数和颤振临界风速具有较高的精度.颤振临界风速数值模拟结果稍大于风洞试验结果,最大误差不超过10%.攻角越小,模拟精度越高.通过观察状态向量时程可快速判断颤振临界风速范围.对于超大跨悬索桥,当扭弯频率比大于3.5后,颤振临界风速会显著提高.