带内埋质量超声速悬臂板的颤振特性

为提高具有内埋质量升力面的颤振速度,将其简化为带集中质量的矩形悬臂板。基于假设模态法和一阶活塞理论得到颤振模型,进而考察其颤振特性。首先,基于Kirchhoff薄板理论建立矩形悬臂板的结构动力学模型,并利用假设模态法得到带内埋质量时的模态属性。其次,引入一阶活塞理论近似求解在超声速条件下的模态气动力,代入结构动力学模型得到颤振方程的时域表达。最后,通过引入指数形式的模态位移将颤振方程变换至频域并通过p-k法求解颤振速度和颤振频率。通过改变内埋件的位置、质量和数目等参数,得到其对超声速悬臂板颤振特性的影响规律。研究结果表明,在悬臂板前缘靠近翼梢区域内埋小质量物体可有效提高升力面的颤振速度,而在翼根附近,颤振速度对内埋质量的变化不敏感。

基于当地流活塞理论的翼-身组合体飞行器大攻角超声速颤振分析

基于当地流活塞理论推导了旋成体机身和任意外形三维机翼非定常气动力计算公式,结合CFD数值仿真,将当地流活塞理论推广用于复杂外形飞行器全机大攻角超声速颤振计算。以翼-身组合体面对称外形飞行器为例,进行带攻角的超声速颤振计算,并与非定常气动力采用CFD全数值仿真求解得到的颤振计算结果比较,验证了本文方法的正确性和效率。

结合定常CFD技术的当地流活塞理论

结合定常 CFD技术和超音速非定常气动力工程计算方法——活塞理论 ,发展了一种基于超音速、高超音速定常流场求解非定常气动力的当地流活塞理论。适用于超音速、高超音速飞机颤振中的小振幅非定常气动力计算。通过与非定常 Euler方程求解结果的比较 ,发现在马赫数不太高或大迎角的超音速流动中 ,其精度比原始活塞理论高得多 ,也能够计算超音速、高超音速下大钝头和考虑机身干扰的复杂外形非定常气动力 ,扩大了活塞理论的应用范围。与非定常 Euler方程或N- S方程的数值求解相比 。

用当地流活塞理论计算大攻角翼面超音速颤振

本文应用当地流活塞理论，推导了弹性振动翼面的非定常压力分布以及用模态坐标表示的广义气动力系数矩阵，相应的颤振运动方程和特征方程，提出了可用于大攻角、有限厚度翼面超音速颤振计算的一种新的工程计算方法。算例表明方法的可行性和工程实用价值。

基于当地流活塞理论的气动弹性计算方法研究

发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算方法——基于定常CFD技术的当地流活塞理论.运用当地流活塞理论计算非定常气动力,耦合结构运动方程,实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟.运用这种方法计算了一系列非定常气动力算例和颤振算例,并和原始活塞理论、非定常Euler方程结果作了比较.由于局部地使用活塞理论假设,这种方法大大地克服了原始活塞理论对飞行马赫数、翼型厚度和飞行迎角的限制.与非定常Euler方程方法相比,当地流活塞理论的效率很高.

基于当地流活塞理论的气动弹性稳定性分析方法研究

基于改进的当地流活塞理论,推导了用模态坐标表示的弹性振动翼面的非定常广义气动力表达式。通过与非定常Euler方程的比较,证明该气动力模型具有较高的数值精度,放宽了原始活塞理论对翼型厚度、迎角、马赫数的限制。再耦合两自由度结构运动方程,在时域和频域内实现了超音速、高超音速气动弹性的稳定性分析。应用算例计算了一系列二元机翼和三维舵面的气动弹性特性。通过与耦合非定常Euler方法或实验结果的比较,证明该方法在保证精度的同时大大提高了超音速气动弹性的计算效率,在颤振分析中有较高的工程实用价值。

一种基于当地流活塞理论的超音速导弹气动伺服弹性分析方法

运用当地流活塞理论计算导弹的非定常气动力,在状态空间内实现了气动弹性系统与控制系统的耦合,并进行了时域分析。对某典型导弹的气动伺服弹性问题算例,计算了不同马赫数、不同迎角以及不同的传感器安装位置对导弹气动伺服弹性特性的影响,同时考察了控制系统的引入对不同刚度弹体气动伺服弹性特性的影响。算例结果与理论分析相吻合,表明该方法能简便的对全机、全弹复杂外形的气动伺服弹性正问题进行高效准确的分析,在较大范围的马赫数和迎角内都能得到可靠的结果。

超音速流中结构非线性二元机翼的复杂响应研究

基于活塞理论计算作用在二元机翼上的气动力,采用拉格朗日方程建立系统的运动微分方程。通过平衡点的Jacobi矩阵的特征方程求出了系统的Hopf分叉点,研究了带有立方非线性俯仰刚度二自由度机翼系统在典型参数下的稳定极限环颤振和混沌响应。结果表明,在超过一定的流体速度后,系统平衡点的个数及稳定性均发生了变化;随着流速的增大,在积分初始值较小时,系统出现混沌等极为复杂的响应。

应用当地流活塞理论的大攻角升力面颤振气动力表达式

本文应用当地流活塞理论,给出了弹性振动翼面的非定常压力分布以及用模态坐标表示的广义气动力系数表达式。同时提供了配套的当地流参数计算公式和采用样条函数计算广义气动力系数数值积分的表达式。

超音速下粘弹性夹层壁板颤振分析

对超音速来流中的四边简支粘弹性夹层壁板颤振问题进行了研究。基于Kelvin-Voigt粘弹性本构模型、小变形理论和一阶气动力活塞理论建立了三维粘弹性夹层壁板的气动弹性颤振方程。使用Galerkin方法将粘弹性夹层壁板气动力方程简化,并使用数值方法进行求解。讨论了粘弹性阻尼、来流动压和夹心层厚度对颤振特性的影响。研究表明:(1)随着来流动压的增大,系统一阶频率增大,二阶频率减少,一阶频率和二阶频率相等后,系统阻尼变为两个分支,系统某一分支阻尼为零时,系统发生颤振,此时来流动压为颤振临界动压。(2)随着粘弹性阻尼系数的增大,系统的频率有所减小,但影响远不及夹心层占总厚度比值的影响大。(3)随着夹心层厚度的增大,系统的临界颤振动压减小。

一种考虑攻角影响的超音速翼面颤振分析方法

采用活塞理论计算非定常气动力,用新的方法考虑了攻角的影响,和颤振运动方程耦合求解三维翼面的颤振临界条件。分别计算了四种翼型(平板翼,圆弧翼,六边形翼和四边形翼)的颤振临界速度,计算结果和风洞试验数据比较,二者相当一致。

Nonlinear aeroelastic analysis of a two-dimensional wing with control surface in supersonic flow

Based on the piston theory of supersonic flow and the energy method, a two dimensional wing with a control surface in supersonic flow is theoretically modeled, in which the cubic stiffness in the torsional direction of the control surface is considered. An approximate method of the cha- otic response analysis of the nonlinear aeroelastic system is studied, the main idea of which is that under the condi- tion of stable limit cycle flutter of the aeroelastic system, the vibrations in the plunging and pitching of the wing can approximately be considered to be simple harmonic excita- tion to the control surface. The motion of the control surface can approximately be modeled by a nonlinear oscillation of one-degree-of-freedom. The range of the chaotic response of the aeroelastic system is approximately determined by means of the chaotic response of the nonlinear oscillator. The rich dynamic behaviors of the control surface are represented as bifurcation diagrams, phase-plane portraits and PS diagrams. The theoretical analysis is verified by the numerical results.

高超声速热气动弹性中结构热边界影响研究

基于分层求解思路研究结构热边界对高超声速飞行器全动舵面和翼面结构热气动弹性特性的影响。首先,基于CFD求解N-S方程得到热环境,在此基础上进行结构的瞬态热传导分析,进而分析结构由于温度梯度产生的热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,然后将结构振型插值到气动网格上,最后,通过求解Euler方程得到流动参数,基于CFD的当地流活塞理论计算气动力,在状态空间中进行了气动弹性分析。通过对4组结构模型进行热气动弹性分析,研究了结构热边界对舵面和翼面热气动弹性的影响,结果表明:对全动舵面而言,结构热边界首先会影响舵轴处结构的热传导过程及温度分布,进而对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响达到了16%。对翼面而言,结构热边界对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响约为1%。因此,工程实际当中,进行热气动弹性分析时应采用合理的结构热边界。

气动加热环境下大攻角翼面超音速颤振分析

研究大攻角翼面超音速热颤振的分析方法,内容包括气动加热、温度场、热应力和热模态分析,大攻角翼面非定常气动力计算和热颤振分析。提供了一套从流场分析开始到颤振临界参数搜索的一体化热颤振工程分析方法。气动力方面,应用激波膨胀波理论计算大攻角翼面的当地流场参数;应用参考焓方法计算大攻角翼面气动加热的热流密度;以当地流活塞理论计算翼面超音速非定常气动力。结构方面,利用有限元方法进行翼面瞬态温度场和热模态分析,然后用模态叠加法建立颤振运动方程;应用状态空间法和时域递推积分的方法求解颤振运动方程。工程实例的热颤振分析表明,在Ma>3的高马赫数下热颤振临界动压比常温的颤振临界动压明显下降,高马赫数下翼面的热颤振分析在工程设计中值得重视。

超音速舵面热气动弹性仿真

为研究弹翼气动加热效应对结构气动弹性稳定性的影响,建立了热气动弹性仿真模型。根据分层求解的原理,首先采用平板参考温度法进行气动加热计算,进而分析热环境下结构的固有特性,并利用当地流活塞理论计算非定常气动力,在状态空间进行热颤振求解。对某弹性边界全动舵进行了超音速巡航段的热颤振特性分析;结果表明,随着时间的推移,热效应使舵面的固有频率逐渐降低,导致颤振边界下降;一段时间后,固有特性及热颤振特性趋于稳定。分析方法简捷有效,为飞行器结构设计提供了一种工程分析手段。

超音速下热壁板的颤振分析

首先研究了热效应对壁板结构动力学特性的影响.将基于超音速活塞理论的非定常气动力模型与壁板的结构动力学方程相结合,得到了热壁板的颤振方程.利用p-k法进行了热壁板的颤振计算,讨论了气流偏角对颤振速度的影响.数值结果表明,热效应对壁板的固有特性有较大影响,进而影响壁板的颤振特性.

超声速气流中平板的颤振分析

对超声速气流作用下的矩形平板进行了颤振分析,采用一阶活塞理论计算准定常气动力,利用弹性力学理论和结构动力学理论建立了平板的运动平衡方程。采用梁模态构造矩形平板的近似模态函数。运用MATLAB软件编程画出平板在不同参数下的有关图形,研究了这些参数变化对平板稳定性的影响规律。分析结果可知,结构的所有模态中只有部分模态与颤振发生直接有关。这些模态是成对出现的,并且只有特定的两个模态频率重合才能发生颤振。

大攻角翼面超声速热颤振分析

分析了大攻角超声速翼面气动加热条件下的热颤振。根据模态叠加法建立颤振运动方程,用当地流活塞及小扰动线性化理论分别计算超声速区和亚声速区的非定常气动力,状态空间法与Runge-Kutta法结合仿真求解结构动响应。给出的两个工程实例计算结果表明,该方法计算精度可满足工程要求。另外还讨论了气动加热效应对颤振的影响。

反舰导弹过载控制系统攻角观测器设计

为了对未知反舰导弹攻角信号进行估计,在反舰导弹非线性运动模型的基础上,设计了一种攻角观测器。利用Lyapunov稳定性定理分析了攻角观测器的收敛能力,采用输出重定义技术解决了过载输出的非最小相位问题。采用滑模控制方法设计了导弹过载控制系统中的控制器,保证了系统输出量的跟踪误差收敛到0。以某型超声速反舰导弹为研究对象进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的攻角观测器输出量在0.02 s后与实际攻角基本一致。