考虑舵机动力学的舵系统颤振特性分析

飞行器舵面的颤振特性与舵机动态特性有很大关系.提出了2种考虑舵机复刚度颤振分析的工程分析方法,第1种方法思想是对舵面和舵机的耦合系统(下文称舵系统)模型在各种来流速度下进行状态矩阵的稳定性判断,称为时域方法;第2种方法是将舵机复刚度特性包含在频域颤振方程中,使用改进的V-g法求解该方程得到舵系统颤振特性,称为频域方法.通过对舵系统模型算例的数值计算验证了方法的可行性;发现传统的按扭转频率进行舵机刚度等效的舵面颤振工程计算方法的结果相对于该方法有较大差别.说明当舵机动力学特性较差时,在舵面颤振分析中考虑舵机复刚度特性是很有必要的.

潜艇舵低速颤振现象及其预报

潜艇的舵系统是会出现低速颤振的。本文介绍这种不同于经典颤振的弱颤振现象 ,并利用俄罗斯程序预报了典型舵系的低速颤振状态。

亚跨风洞中舵面亚临界颤振试验

设计了舵面颤振试验装置，在亚跨超风洞中对展弦比2．0的NACA0012矩形舵面开展了颤振试验研究。试验马赫数范围为0．3～0．75。试验采用直接观测法获得舵面在不同质量特性条件下的亚声速和接近跨声速的颤振特性。同时还采用亚临界数据分析方法对试验的扭转应变信号进行了离线分析，即通过采用ARMA方法识别扭转应变信号的阻尼和频率，并通过阻尼外插得到颤振临界动压值。研究结果表明：该试验装置可以用于在现有亚跨超风洞中开展舵面颤振问题研究。当采集的亚临界信号为典型指数衰减信号时，以ARMA方法为基础的亚临界颤振试验技术可以稳定地识别出信号阻尼和频率，并较为准确地获得舵面的颤振临界动压、颤振频率等颤振参数。

舵系统的颤振计算与分析

为了研究舵系统水弹性特性,基于二元水翼线性颤振模型对舵系统的颤振特性进行数值计算与分析,计算结果与文献仿真数据较为吻合,验证了模型的有效性。利用该模型计算和分析频率比、重心、扭转刚度等线性参数对舵系统颤振的影响规律。此外,结合两自由度二元水翼任意运动时域水动力计算方法,对舵系统非线性颤振现象进行计算,获取传动间隙等因素对非线性颤振的影响规律。研究结果表明:减小质心到弹性轴的距离、增加舵的扭转刚度,有利于提高颤振速度;间隙等非线性因素的存在可能导致系统出现极限循环振荡,激发噪声,应加以控制。

舵面跨声速气动弹性特性实验装置设计与分析

根据国内现有跨声速风洞实验条件,采用仿真设计和传统设计相结合的方法,设计了可以进行舵面跨声速气动弹性特性研究的舵面模型两自由度柔性支撑实验装置。该实验装置主要由弹性元件、配重和舵面部分组成。调节弹性元件圆轴的直径和长度可以改变支撑的弯曲刚度和扭转刚度,在配重盘上增减配重可以改变系统的质量特性。通过对实验装置的结构动力建模,对不同配重状态下的装置进行了模态计算和分析,计算结果显示实验装置的前两阶模态分别为舵面沉浮模态和舵面扭转模态,结果表明实验装置的这种结构形式能够满足舵面相对刚性的假设,可以用于研究舵面弯扭耦合颤振问题。同时用PK(Panovsky-Kielb)法对舵面的风洞实验设计参考点的颤振临界速度进行了估算,计算的颤振结果满足现有风洞实验条件。

基于MSC.Nastran的导弹舵面颤振分析与优化

利用MSC.Nastran中气弹分析软件建立了导弹舵面及弹身的颤振动力学有限元模型和气动模型,对不同支撑刚度、不同舵面重心状态的舵面进行了颤振特性分析,发现支撑刚度和舵面重心变化会使舵面的模态发生较明显的变化,从而对导弹舵面颤振临界速度产生较大影响,并可通过提高舵面扭转支撑刚度和调整舵面质量分布两项措施优化,满足导弹舵面工程研制时的颤振要求。

空气舵颤振特性的不确定性及全局灵敏度分析

针对结构参数不确定性引起颤振特性波动的现象,进行了空气舵颤振特性的不确定性及全局灵敏度分析。当进行不确定性分析时,计算效率会随着变量维数的增加而大大降低。为了解决该问题,将稀疏网格技术应用到不确定性及全局灵敏度分析中,该方法对于高维问题能够高效地进行不确定性分析及全局灵敏度分析,并通过数值算例验证了该方法。在全动舵算例中,考虑了结构的弹性约束及材料属性的不确定性,并通过调用颤振分析模型进行了空气舵颤振特性的不确定性及灵敏度分析。该工作能为工程上确定颤振边界提供定量的参考,并能够找出对颤振特性的影响最大的不确定性因素,具有较高的工程实用价值。

带有燃气舵的导弹舵面颤振分析方法

传统的颤振分析方法以及商业软件不能分析带有燃气舵的导弹舵面颤振.为此,提出了一个解决带有燃气舵的导弹舵面颤振分析方法.采用动态子结构方法建立带有燃气舵的导弹舵面颤振状态空间运动方程和分析方法,结构质量矩阵和刚度矩阵分成对应于广义坐标的块矩阵;可以考虑不同来流气动效应和翼-体组合对气流的影响,用非定常气动力有理函数拟合法建立时域非定常气动力求解模型.算例数值结果表明：燃气舵舵轴与空气舵舵轴刚度之间的不利耦合会让空气舵颤振速度降低.上述分析方法和计算结果为导弹设计提供参考.

高超声速飞行器舵面热气动弹性分析方法研究

利用修正的牛顿碰撞理论建立平板舵热结构气动力计算模型,完成非定常气动力计算,利用有限元方法建立温度场影响下舵面结构动力学模型,进而完成颤振稳定性分析。研究结果表明高温会导致控制舵颤振稳定性向坏发展。

高超声速飞行器舵面热颤振数值方法研究

建立一套可行的气动热、气动力、结构松耦合数值方法,利用商业软件ABAQUS二次开发接口DFLUX,编制热壁热流计算程序以考虑壁面温度的影响,分析舵面结构在气动加热环境中温度场分布及随飞行时间的变化;建立力热模型分析舵面模态和频率随气动加热的变化情况;应用商业软件ZAERO进行颤振分析,确定舵面气动弹性稳定性及颤振发生机理。

舵模型风洞颤振试验中亚临界技术的应用研究

为降低模型和风洞设备的损坏率 ,用随机激励和频响函数分析法 ,测定进入颤振临界点之前舵面颤振试验模型在不同风洞气流动压下的模态频率和阻尼比 ,由阻尼外推法或稳定参数法确定颤振临界动压。数次进入颤振状态的试验结果证明 。

舵系统流激振动影响因素及规律的理论与试验研究

流激舵系统引起的振动对水下航行体隐蔽性产生较大影响。为深入研究其振动特性,根据舵系统的结构组成进行简化,建立系统二元线性颤振数学模型,确定低速颤振的产生条件,并获得低速颤振的主要影响因素和作用规律。此外,在重力式水洞中开展舵模型流激振动试验,重点研究了支撑刚度、扭转刚度、质心和刚心位置等参数变化对舵模型流激振动的影响。结果表明:在流体载荷激励下,舵系统结构设计对流激振动特性有较大影响,通过对升沉运动与扭转运动频率之比、结构质量与附加质量之比、刚心、质心与弦中心的相对位置等参数进行匹配设计,能够有效抑制舵系统流激振动。

钛合金超塑成型/扩散连接舵面颤振设计

钛合金超塑成型/扩散连接结构是一种新型的结构形式。以某型空空导弹舵面结构为实例,对钛合金超塑成型/扩散连接舵面颤振建模和设计进行了研究。采用有限元软件,计算和分析了舵面气动外形、舵面重心对颤振特性的影响,确定了满足导弹颤振裕度要求的舵面结构形式。

空空导弹复合材料舵面颤振分析

建立了复合材料舵面的颤振分析模型,并计算了其常温下的颤振速度,研究了铺层对复合材料舵面颤振特性的影响,结果表明:复合材料舵面在海平面上的颤振速度为575.8 m/s,舵面的颤振耦合形式为典型的弯曲和扭转模态耦合。舵面颤振速度随飞行高度的升高而升高,且与其前两阶频率的差相关,当舵面前两阶频率差增大时,舵面的颤振速度也相应增大;通过调节舵面的铺层角度、铺层比例及铺层顺序来增大舵面的前两阶频率差,可提高舵面的颤振速度。

考虑舵机动力学的舵回路系统颤振特性分析

针对液压舵机动刚度特性,研究了舵回路系统(舵机系统和舵面耦合系统)的颤振特性。利用分支模态法建立了基于舵机系统动力学方程的时域和频域颤振计算模型,提出了2种考虑舵机动态特性的颤振求解方法,第1种方法思想是对舵回路系统模型在各种来流速度下进行状态矩阵的稳定性判断;第2种方法是将舵机复刚度特性包含在频域颤振方程中,使用迭代法求解该方程得到舵系统颤振特性,并验证了两种方法的可行性。分析结果显示舵机动态特性对颤振特性有着很大的影响,说明舵机动态特性使得颤振边界提高,为飞机系统设计和结构振动分析提供有用的边界支持和设计依据。

基于CSD/CFD舵面气动力流固耦合仿真分析

空空导弹空气舵面与气动力存在流固耦合作用。采用ANSYS Workbench 14.5对空气舵面与气动力进行了流固耦合仿真分析,研究了攻角和马赫数对舵面振动位移的影响。研究表明,舵面振动位移频率受攻角和马赫数的影响较小,舵面振动位移幅值随攻角和马赫数的增大而增大,并呈非线性关系。低马赫数范围内,飞行速度的变化对舵面振动位移的影响更为明显。攻角为30°,马赫数为3时,舵面振动位移曲线更趋向于等幅振动,舵面趋向于颤振临界状态。

考虑助力器动力学的舵系统结构非线性颤振特性分析

针对操纵系统的结构非线性问题,提出了2种考虑动刚度特性的舵系统(助力器系统和舵面耦合系统)颤振分析方法。利用分支模态法建立了以助力器系统动力学方程为基础的时域和频域非线性控制方程。使用描述函数法和一种改进的迭代方法得到系统控制命令为0时的预载间隙非线性颤振特性,比较了时域和频域结果。结果显示,在非线性条件下,控制命令的幅值和相位对颤振特性都有影响。

折叠舵间隙非线性颤振分析研究

针对折叠舵的气动弹性问题,考虑三维翼型的非定常气动力,研究了弯曲和扭转两维间隙非线性颤振分析方法。时域仿真结果表明:间隙非线性环节将导致系统出现极限环振荡;频率散布的下限值决定亚临界颤振速度,频率散布的上限值决定发散速度;模态振型节线的方向同样影响亚临界颤振速度和发散速度。

温度对复合材料舵面颤振特性的影响

采用分步求解方法,先分析热效应产生的热应力,导入热刚度矩阵中计算壁板的附加刚度,再将壁板的热刚度效应引入热模态分析中,最后在壁板颤振模型中进行颤振分析。分别研究了热应力、材料模量和温度对复合材料舵面颤振特性的影响。结果表明:温度的升高降低了舵面各阶固有频率,频率下降幅度随阶数升高而增大,导致颤振发生的可能性增大;颤振速度随温升近似呈线性下降,且温度对材料参数的变化引起的舵面颤振速度下降比热应力引起的颤振速度下降更大。

开裂角对阻力方向舵颤振特性的影响

对于无垂尾飞翼式布局飞机,阻力方向舵是一种十分有效的偏航控制装置。偏航控制时,舵面大角度偏转,引起气流分离、涡等复杂流场运动,非定常气动力复杂。计算气动弹性学科提出流固耦合求解方法,以期用于阻力方向舵气动弹性问题的求解。本文采用基于CFD技术的流固耦合方法求解阻力方向舵二维气动弹性问题,计算结果表明,随着开裂角的增大,阻力方向舵的颤振速度增加。对阻力方向舵气动特性进行了计算分析,结果表明阻力方向舵开裂,舵面背风区形成死水区,舵面非定常气动力影响系数减小,阻力方向舵开裂角越大,其颤振速度越大。