某全机跨声速颤振模型颤振特性仿真与试验验证

针对某全机结构相似跨声速颤振模型,进行了有限元(FEM)模型结构模态分析和偶极子网格法(DLM)法颤振计算以及CFD方法的跨声速颤振特性仿真。在FL-26风洞中完成了跨声速颤振风洞试验。通过试验结果与仿真结果的相关性分析,验证了一种全机复杂耦合的颤振形式。通过对基于N-S方程的跨声速颤振仿真程序进行评估与验证,证实在飞机非定常CFD仿真上取得了进展并且具有足够的精度。综合CFD仿真与跨声速颤振风洞试验,可以对全机复杂耦合的颤振特性进行工程颤振设计。

基于风洞试验模型的跨声速颤振研究

飞行器跨声速工况下颤振边界快速下降,是结构设计和强度校核重点关注的状态之一。目前工程中采用基于偶极子格网法的线性分析手段无法准确预测跨声速颤振边界,风洞试验仍然是研究飞行器跨声速颤振特性的重要手段;以两套颤振试验标准模型为研究对象,在FL-3风洞中开展了风洞跨声速试验研究,采用PEAK-HOLD亚临界响应分析方法预测了模型的跨声速颤振边界,并利用ZAERO和CFD/CSD耦合两种数值计算方法预测了试验模型的颤振边界。结果表明:PEAK-HOLD亚临界响应分析方法预测颤振边界具有较好的趋势性,颤振边界合理可靠;ZAERO线性方法对跨声速颤振边界的预测精度较低,而基于CFD/CSD耦合的非线性方法得到的跨声速颤振边界与试验吻合较好,相互验证了风洞试验和数值计算的可靠性。

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。

低超重高强度全复材跨声速颤振模型设计制造与试验

采用MSC Laminate Modeler模块复材结构精细建模技术,该文准确建立了某飞机部件的全复材跨声速颤振风洞试验件动力学模型,通过静、动力力学综合优化,实现了低超重模型的设计。借助于高精度预浸料铺层技术与热压成型工艺成功制备了全复材跨声速颤振模型,通过地面试验验证了该模型具有结构强度高、动力学特性精度高、分散性小、时效性好等诸多优点。复材模型简易装配技术的开发,在保证模型精度的同时大幅降低了生产成本。文中发展的低超重全复材跨声速颤振模型设计制造技术具有广泛的型号应用价值。

超临界翼型的跨声速颤振特性研究

采用 Navier- Stokes方程和二元弯 -扭颤振运动方程耦合 ,用时间推进方法计算结构响应的时间历程 ,从而得到超临界翼型的跨声速颤振特性。研究了结构参数完全相同的 3个超临界翼型( RAE2 82 2 ,DFVLR- R2和 NPU- 3)的跨声速颤振特性。为了对比 ,同时计算了 NACA0 0系列的 3个翼型 ( NACA0 0 1 2 ,NACA0 0 0 8,NACA0 0 0 4 )的跨声速颤振特性。研究结果表明 ,翼型形状对颤振特性有明显的影响 ,相对厚度较小的翼型颤振速度较高 ;厚度基本相同时 ,超临界翼型的颤振速度高于 NACA0 0系列翼型 ;跨声速范围内 ,由于气动力的非线性影响 。

静不安定飞机缩比模型跨声速颤振试验技术

全机缩比模型跨声速颤振试验是飞行器气弹设计验证工作的重要环节,借助该试验可研究跨声速区空气压缩性效应,并有效获得飞行器的跨声速颤振边界。通过总结、梳理多次部件级跨声速颤振试验研究经验,并基于某型翼身模态高度耦合的静不安定飞机全模试验研究,较全面地阐述了目前全模跨声速颤振模型设计、地面试验及风洞试验技术,可供工程应用借鉴。

跨声速颤振数值模拟方法研究

建立了一套完整的跨声速颤振特性工程分析方法。首先分别利用ZTAIC法(等价片条法)、ZTRAN法(域平板法)以及CFD方法直接求解Euler(欧拉)方程3种方法,得到了跨声速非定常气动力,再采用g法求解颤振方程,并将分析结果进行了比较。对比分析表明ZTRAN法和时间线化Euler法能够快速有效地反映跨声速气动力的非线性效应,适应于工程应用上的快速跨声速颤振分析。

跨声速颤振模型超重问题研究

针对跨声速风洞试验的颤振模型超重这一难题,分析了导致超重的根本原因,从根本原因出发探讨了解决超重问题的各种途径,并展望了可能彻底解决超重问题的技术手段。

复合材料机翼结构的气动弹性优化设计与风洞颤振试验

本文介绍了一种用于复合材料机翼结构设计与优化的气动弹性剪裁方法。该方法应用所谓的双线性拉格朗日(Lagrange)形函数来创建用于复合机翼结构气动弹性剪裁的设计变量。目前常用的基于单元设计变量的方法使得蒙皮/翼梁/肋板的厚度分布不光滑,可能导致制造问题或应力集中。而形函数方法假设机翼蒙皮或沿着翼梁/肋板的厚度分布可以通过一组形状函数叠加。这样,设计变量就变成形函数的系数。在应用优化算法求解这些系数之后,可以通过将形函数叠加来确定每个单元的厚度,可保证相邻单元间厚度分布的平滑度。此外,应用基于计算流体力学(CFD)的颤振分析方法可精确地捕获跨声速颤振边界,并且在优化过程中可用作颤振约束。为了验证本文所介绍的气动弹性优化方法,优化设计了一个民用飞机复合机翼结构。其次,以优化后的机翼结构为基础,设计并制作了风洞缩比颤振模型,并进行了高速风洞颤振试验,以验证优化机翼结构的颤振特性。最后,风洞颤振试验成功验证了本文所提出的气动弹性优化设计方法的有效性。

大型飞机气动弹性设计关键技术

针对大型飞机的气动弹性设计特点,从工程型号研制的角度,梳理出了大型飞机设计中的气动弹性关键技术,包括翼面刚度指标设计技术、复杂结构动力学建模技术、跨声速颤振特性分析技术、气动伺服弹性稳定性分析技术、大展弦比动相似试验模型设计技术和飞机动态特性地面测试技术,并给出了相应的解决措施。