固体火箭发动机随动推力作用下细长体亚临界试车及动力学失稳临界推力预示

设计了随动推力作用下细长体模拟件试车试验系统,开展固体火箭发动机试车;理论推导了耦合模态频率差-推力关系的多项式,结合亚临界试车数据外推预示失稳临界推力。研究结果表明:理论分析与地面试验结果吻合,只需开展少数几次安全可控的亚临界试车试验,获取系统的振动响应数据,即可准确预测临界推力;亚临界试验验证了随动推力横向分量引起模态间的刚度耦合,对于弯曲振动明显的细长体飞行器,推力对结构的影响应视为随动载荷。

随动推力作用下细长体结构振动模态特性及稳定性分析

引入随动推力横向分量的细长体结构的振动模态特性与稳定性进行对比分析。分析结果表明:随动推力轴向分量作为保守力,引起细长体结构轴向刚度的削弱;随动推力横向分量为非保守力,使系统的动力学失稳临界值高于静态屈曲的临界值。在失稳临界点,细长体结构的1、2阶频率重合,说明随动推力横向分量引起细长体结构模态间的刚度耦合。因此,对于弯曲振动明显的细长体结构,随动推力横向分量的影响不可忽略。

随动推力作用下柔性旋转飞行器稳定性分析

针对柔性旋转飞行器动力学问题,考虑了飞行器转速的作用,建立了计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程并分析了系统的动力稳定性问题。将柔性旋转飞行器简化为带有附加质量的非均匀转子结构,考虑陀螺力矩及随动推力的影响,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,基于有限元方法建立了运动方程,分析转速、剪切刚度及附加质量等因素对系统稳定性的影响,发现了转速作用下旋转飞行器刚体和弹性体模态耦合的新现象。结果表明:剪切刚度较小时,剪切变形对临界推力有较大影响;附加质量的大小及位置对临界推力和不稳定域有重要的影响;转速一般会诱发非均匀转子系统的弯曲模态与刚体模态合并为一个耦合模态,致使系统产生动态失稳。

随动推力作用下柔性自旋飞行器横向振动响应及失稳分析

针对柔性自旋飞行器动力学问题,考虑结构自身旋转作用,建立计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程,研究系统的动力学响应问题。将柔性自旋飞行器简化为非均匀转子结构,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,计入了陀螺力矩及随动推力的影响,基于有限元方法建立了运动方程,分析了质量偏心力作用下转速和推力对系统动力响应的影响以及结构失稳的情况。分析结果表明:随动推力的增加会减小系统的刚度和临界转速;激振频率等于系统临界转速频率时系统发生共振;推力达到或超过临界推力将导致系统失稳;转速的增加会降低系统的临界推力值;结构的非均匀性对系统的临界转速和临界推力造成很大影响。

考虑翼吊发动机推力的机翼颤振分析

分析了带翼吊发动机的大展弦比机翼颤振特性,其中考虑了机翼大变形和发动机推力的作用。采用梁单元对双梁式机翼和发动机吊舱进行了结构建模,采用修正的片条理论计算曲面定常气动力,修正的Theodorsen方法计算曲面非定常气动力,发动机推力始终沿发动机轴线。研究机翼在不同攻角时的定常气动力及发动机推力联合作用下固有振动和颤振特性的变化情况。结果表明,发动机推力对机翼静变形和固有频率改变不大,但对颤振临界速度的变化量不容忽视,有可能成为大型运输机机翼设计的限制因素。

推力作用下细长弹箭横向振动及稳定性分析

该文分析了细长弹箭类飞行器在推力作用下的动力学稳定性和横向振动的频率与振型特性。将弹箭飞行器简化为非均匀的梁模型,推力定义为随动力,根据非保守系统的Hamilton原理,建立了随动推力作用下的非均匀梁振动分析数学模型,有限元方法用于分析模型的数值计算,得到了均匀梁模型和典型弹箭飞行器模型的结构振动特性和动力学稳定性随推力变化的情况。结果表明:随动推力会诱发弹箭飞行器的动力学失稳;推力同时影响结构的横向振动的频率和振型特性,在推力作用下模态振型的波谷沿模型发生移动,振型的幅值亦会发生改变。