高性能风洞颤振模型的性能精确制造研究

复合材料结构相似风洞颤振模型是一种先进的颤振模型结构形式,对于新一代飞机研制所必经的风洞颤振试验有重要意义。对于先进的风洞颤振模型,其模型外形几何参数以及整体刚度、刚度分布、整体质量、质量分布等特征参数均有较高的精确性要求,加之复合材料性能组成复杂,加工性能较差,传统制造方法不能实现对于该类产品的性能参数的精确保证,因此需要新的制造方法。针对复合材料结构相似风洞颤振模型的制造难题,利用复合材料的力学性能可设计性,实现对于颤振模型性能参数的精确保证,并提出了一种针对模型性能参数的精确制造方法。以此方法制造了一系列机翼,尾翼颤振模型。工程实践证明,该方法可以有效保证颤振模型的几何与性能特征参数的精确性。

复合材料飞机结构低速风洞颤振模型的设计

金属飞机结构到复合材料结构的颤振模型设计,要求采用刚度等代法来完成,然而一般的设计方法通常需要消耗大量时间。为此,针对飞机结构有限元模型,提出一种基于设计元素的设计方法,对有限元模型进一步离散,以刚度为主要等代依据、工程设计和制造要求等为约束条件,完成金属结构到复合材料结构的等代设计。结合实验结果,验证了该设计方法的可行性与合理性。

面向机身颤振模型结构设计的拓扑优化方法

飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标且具结构相似要求的反求问题。为了实现设计兼具结构和弹性特征相似的机身比例模型的目的,提出基于拓扑优化技术的机身颤振模型结构设计方法。该方法采用含规则几何形状的有限元集合描述机身骨架的结构特点,引入独立于有限单元网格的'节'作为结构修改的基本单位,构建与原机结构相似的格栅骨架加蒙皮有限单元模型,并将拓扑优化中的相邻敏度分配法与双向渐进结构法相结合,实现了以频率为目标、以体积为约束的拓扑优化。经过某圆筒机身的颤振模型优化算例证明,该方法有效地保证了优化后模型与原模型的结构相似性,并且达到了给定的固有频率,为飞机颤振模型设计提供了有益的借鉴方法。

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。

面向飞机颤振模型设计的结构拓扑优化研究

飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标、兼具结构相似要求的反求问题。针对拓扑优化方法只能得到不规则孔洞而无法满足模型相似要求的难题,提出了一种含规则几何约束的结构拓扑优化方法,并将基于单元材料特性更改的方法与双向渐进结构法相结合,利用敏度再分配方法,实现了以频率为目标、具有规则孔洞的结构拓扑优化,且有效抑制了优化中的棋盘格式和局部模态现象。某飞机机身壁板的优化算例证明,该方法能设计出具有给定固有频率的结构,并使之与原机身具有一定的结构相似性。

机翼结构相似颤振模型制造的模态频率误差修正方法

针对以几何和性能指标精确性为目标的复合材料结构相似颤振模型制造问题,基于复合材料层合板的弯扭耦合效应,提出一种在模型蒙皮内侧增加复合材料铺层,改变模型刚度分布,并辅以质量分布调整,从而实现颤振模型模态频率误差修正的方法。通过分析误差性质,结合具体制造工艺,将模态频率误差转化为刚度误差。以模型结构动力学有限元分析为基础,采用连续二次规划的优化策略,建立以模态频率误差反求新增铺层方式的误差修正方案的优化设计。对某大展弦比机翼的颤振模型主盒段进行数值分析,分别以弯曲频率误差和扭转频率误差的修正为例,证明该误差修正方法的有效性。同时该方法对以性能精确性为目标的高性能产品制造具有借鉴意义。

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。

颤振模型的建模与物理参数辨识

本文在试验的基础上,探讨了用试验模态技术更精确地辨识模态参数的措施。详细地讨论了振型归一、标定与模态质量问题。最后,给出了由模态试验得到的模态参数进行物理参数辨识的理论与方法,并将此结果推到复模态情况。

机翼颤振模型梁架加工变形研究

机翼颤振模型对模拟飞机动力学特性、刚度分布、质量分布与气动外形具有重要意义。其梁架的性能对飞机模拟颤振试验有着重要的影响。机翼颤振模型梁架由于尺寸大、结构复杂、刚度差,在铣削加工中变形较大,其精度难以控制。为此,借助有限元软件对其进行铣削加工仿真,获得已加工表面残余应力,进而预测梁架铣削时的加工变形。在此基础上,对梁架加工工艺进行优化,提高加工精度。

CK1E飞机颤振模型的结构动态设计

本文提供了有限元逆特征值法、两步修改的结构动态设计方法。用这些方法分别设计了CKIE飞机颤振模型的垂直尾翼和水平尾翼,满足了给定的固有频率、固有振型、重量和重心等要求。最后,设计的模型得到了振动试验的验证,实验结果表明设计是成功的。

低速颤振模型的动力学特性设计

飞机在打样设计阶段除了需要满足结构强度和刚度要求外 ,还必须满足颤振稳定性要求。根据相似理论 ,并利用结构优化设计方法 ,对某机翼低速颤振吹风模型的动力特性 (模型的一阶弯曲、一阶扭转和二阶弯曲频率 )进行了设计。此方法改变了仅凭经验反复试凑的设计调参方法 ,提高了模型设计的效率 ,缩短了设计周期 ,具有良好的工程应用前景。

飞行器翼面颤振模型设计可行性分析

颤振模型设计是动力学反问题 ,其数学实质即广义特征值问题的反演。从反演可解性的基本理论出发 ,以某型号飞机高、低速颤振模型结构设计为背景 ,提出了模型结构设计必须遵循的准则。为减少模型结构设计的盲目性 ,提供了一个实用而有效的工具 ,并以具体的数值例子 ,说明了这个设计准则的实际应用。

高速风洞全动舵面颤振模型设计方法与试验研究

针对高速飞行器全动舵面等效颤振模型的设计要求,根据国内高速风洞参数确定基本比例尺,结合刚度等代设计采用复合材料结构替代金属材料结构,依据相似方法发展了一种高速全动舵面等效缩比模型的设计方法。通过建立合理的等效动力学仿真模型,计算得到了原始模型与等效颤振模型的固有振动特性和颤振特性等,模态试验表明该等效颤振模型满足动力学相似律要求,设计误差控制在5%以内,可以较准确地反映原始全动舵面模型的动力学特性。该等效颤振模型可为高速飞行器全动舵面的快速气动弹性设计及风洞试验提供参考。

T型尾翼跨音速颤振模型风洞试验研究

本报告概述了一个T型尾翼跨音速颤振模型的风洞试验研究结果。颤振试验是在俄罗斯ЦАГN的T—106风洞进行。采用亚临界响应测量法,模型受激时的响应信号被记录在磁带机上,随后通过快速富利叶分析得到响应的谱密度分布函数,得到各阶模态的频率和衰减率,在不同的马赫数或动压值下对颤振临界形态的衰减率或幅值的倒数进行外插,以获得临界颤振参数。试验中,变化了垂尾刚度,平尾与垂尾接头弹簧片俯仰刚度和平尾安装角等参数。根据对测量数据的分析,得到了颤振模型三种可能发生的颤振形态:高频对称颤振;低频对称颤振和低频反对称颤振。从得到的典型对称颤振结果看,颤振速度在跨音速区域内有相当的下陷。

AG600飞机尾段低速颤振模型通过验收评审

2015年6月6日，AG600大型灭火/水上救援水陆两栖飞机尾段低速颤振模型通过验收评审。至此，中航工业特飞所/中航通飞研究院承担的历时近一年的模型设计、加工及地面相关试验工作圆满完成，即可转入后续模型风洞试验工作。

AG600飞机尾段低速颤振模型风洞试验完成

2015年9月14日，大型灭火/水上救援水陆两栖飞机（AG600）尾段低速颤振模型在中国航天十一院FD-09风洞完成106个试验状态风洞试验，试验结果与理论计算吻合良好。至此，AG600飞机尾段低速颤振模型试验全部完成。

一种民机颤振模型配重设计优化方法

民机跨音速颤振模型配重计算应考虑模型肋板不平行、肋板与刚轴不垂直的情况,现提出一种基于刚轴方向的质量、惯量线性拆分方法,并将该方法拓展到模型的展向重心位置配平计算中。某型民机垂尾跨音速颤振模型运用该方法进行了配重计算,试验结果显示,该垂尾跨音速颤振模型质量、惯量配平精度高,展向重心位置配平效果好,模型的动力学特性与设计目标相符。实践表明,该方法符合民机跨音速颤振模型设计规范要求及相应适航要求,可以推广到其他跨音速颤振模型的配重计算中。

C919飞机引导性全机低速颤振模型风洞试验圆满完成

经过21天紧张有序、持续不断的试验。C919飞机引导性全机低速颤振模型风洞试验于2013年5月15日商标准圆满完成。

高速颤振模型设计中颤振主要模态的判断

颤振模型设计时难以实现完全的动力学相似,需要对颤振主要模态进行合理选择。采用数值分析方法,对颤振模型设计时主要模态的选取问题进行研究。通过各阶模态振型下气动刚度系数的比较、指定运动形式下广义非定常气动力的计算和不同模态截断下颤振结果的收敛特性分析,研究了颤振分析时不同模态运动之间的相互影响,对模态运动引起的气动力和颤振特性变化进行评估。以高超翼面模型为研究对象的数值算例结果表明,几种分析方法所判断的颤振主要模态基本一致。其中基于振型的广义气动刚度系数参数,避免了非定常气动力的计算,可作为颤振模型设计或颤振分析时主要模态选取的快速判断方法。