确定颤振模型设计参数的方法研究

在飞机颤振模型设计和试验工作中,往往因设计参数不合理导致试验受影响或设计进度被拖延,而国内外关于颤振模型设计参数选取方面公开的资料很少。本文研究了颤振风洞试验模型设计的基本比例尺和其他设计因素(包括超重比、主梁截面形状、当量质量比等)的关系,提出了飞机基准模型梁架的当量质量比概念和截面尺度比概念,为颤振风洞试验模型设计比例尺和其他设计因素的评估带来了很大便利。将本文方法应用于某飞机颤振风洞试验模型的设计中,在设计之初解决了许多后续潜在的问题,某颤振风洞试验模型设计加工周期也从预定的6个月降低到3个月,提高了研制效率。

飞翼结构构型气动弹性优化设计方法

针对飞翼布局的早期构型设计,基于遗传算法提出一种气动弹性综合优化设计方法。采用等效板多板模型计算翼面结构动力学特性,利用面元法计算气动力。在考虑颤振速度、静气动弹性变形约束的情况下,以飞翼结构质量最小为目标开展优化设计。结果表明,形状参数优化设计对于飞翼的减重更为直接。当涉及构型尺寸参数设计时,同时进行两种参数的综合优化可以得到较轻的机翼结构,但计算成本较大。采用先进行构型优化,再进行尺寸优化的分级优化方法能快速获得最优的参数组合和满意的减重效果。为飞翼式飞行器的结构总体设计提供了一种快速有效的气动弹性综合优化设计方法。

大展弦比飞翼刚弹耦合运动稳定性分析

推导了平均体轴系下弹性飞机的刚弹耦合运动方程,然后基于小扰动假设将其线化,综合有理函数拟合得到的时域非定常气动力模型,建立了可用以弹性飞机刚弹耦合运动学稳定性分析的状态空间模型。对某大展弦比飞翼布局无人机的纵向刚弹耦合运动稳定性进行了建模与计算。结果显示随着飞行速度的增加,机翼对称一弯模态与短周期运动模态发生耦合,使得飞翼在较小的飞行速度下就出现自由体颤振现象,表明结构弹性会对飞翼纵向动力学稳定性造成显著的影响,在大展弦比飞翼设计过程中应当引起重视。研究了在刚弹耦合状态空间建模过程中,截取弹性模态阶次的多少对稳定性分析结果的影响。分析了结构刚度对飞翼刚弹耦合运动稳定性的影响。计算表明刚弹耦合失稳速度随机翼刚度的增加呈近似线性增加的趋势。在相同速度水平下,弹性飞翼的短周期频率和阻尼值均随着机翼刚度的增加而增加。

基于超静定配平的机动载荷控制风洞试验

介绍了俯仰机动载荷减缓(MLA)在某运输类飞机缩比风洞试验模型上的应用,旨在通过风洞试验研究一种基于超静定配平原理的机动载荷控制方法。首先,对模型飞机纵向超静定配平方法进行了研究并从理论上揭示通过其减缓机动载荷的基本原理;然后,依据超静定配平原理设计了MLA控制律,通过反馈模型飞机等效过载驱动副翼偏转减小机翼载荷,同时偏转升降舵来保持飞机的俯仰机动性能;最后,依次实施了超静定配平试验,气动伺服弹性稳定性试验以及机动载荷减缓试验,分别用以确定MLA控制律参数,检查控制系统稳定性以及获取俯仰机动时的系统响应。试验结果表明:在MLA控制律作用下,机翼根部弯矩增量比MLA控制律关闭时减小了10%以上,而模型飞机的俯仰机动性能基本保持不变;MLA控制律的加入使控制增稳系统稳定性略有下降;通过超静定配平试验确定MLA控制参数的方法有效提升了MLA控制律设计可靠性,使翼根弯矩减缓量接近目标值。研究工作为运输类飞机的机动载荷控制设计与试验提供了一种可行途径。