本文以大飞机研制为契机,梳理出大型飞机气动弹性设计关键技术,并进行深入研究。
作者:杨超; 赵黄达; 吴志刚 期刊:《北京航空航天大学学报》 2019年第10期
吸气式高超声速飞行器是当前航空航天领域研究的热点,该类飞行器通常使用超燃冲压发动机作为推进系统,并采用一体化设计方案,带来了一系列的气动弹性问题。首先阐述了吸气式高超声速飞行器机体/发动机一体化建模研究进展;随后介绍了热气动弹性/推进耦合、控制系统耦合以及不确定性分析等方面的热气动弹性动力学研究进展,并对相关热气动弹性试验研究进行了分析;最后对吸气式高超声速飞行器的热气动弹性问题提出了若干研究建议。
本项目采用沈阳空气动力研究所研发的航空并行CFD计算平台,进行标准明星并行评估计算。该软件可广泛应用于飞行器的亚、跨、超和高超音速的气动力学计算和一些特殊气体动力学问题如直升机旋翼、导弹发射、座舱弹射、投弹、机动和气动弹性等。
作者:肖志鹏; 仇翯辰; 周磊 期刊:《工程力学》 2019年第09期
针对复合材料支撑机翼,发展了一种撑杆位置和结构综合优化设计的方法。在两种严重设计载荷状态下,考虑气动弹性效应和复合材料铺层结构的不确定性,以结构质量最小化为目标,以翼尖垂直变形、翼尖扭角、撑杆屈曲稳定性、颤振速度和强度要求为约束,在一个优化过程中实现了撑杆位置和结构参数的同步优化设计和鲁棒优化设计。结果表明,翼尖垂直变形和颤振速度要求对于撑杆位置影响明显,最优的撑杆展向位置都靠近翼根一侧,同时撑杆的总体...
作者:倪迎鸽; 吕毅; 张伟 期刊:《兵器装备工程学报》 2019年第09期
针对非光滑气动弹性系统,结合增量谐波平衡方法和快速傅里叶变换,提出了改进的增量谐波平衡方法;通过对数值解进行傅里叶变换,确定响应中的主导频率,然后利用获得的主导频率建立增量谐波平衡方程,获得较少数目的线性化代数方程组,求解该线性化代数方程组,得到高阶近似解;以迟滞非线性和间隙非线性的气动弹性系统为例,将本文的方法获得了系统的响应与数值解对比,验证本方法的准确性,讨论了谐波个数对解精度影响以及两种非光滑系统中...
气动弹性作为大型飞机的弹性变形因素,对飞机飞行过程中的结构存在较大影响。空气动力作用下飞机会产生相应弹性形变,这之后弹性形变又会影响周围的空气动力,飞机周围空气动力又会继续影响飞机的弹性形变。针对这种大型飞机飞行中的气动弹性,主要从飞机设计方面,进行飞机翼面刚度、结构动力学、跨声速振颤、气动伺服等技术研究,以在保证大型飞机稳定飞行的同时,减少飞机的气动弹性干扰与安全隐患。
作者:徐敏; 陈士橹 期刊:《应用力学学报》 2004年第02期
基于流体--结构干扰计算中流体和结构网格之间的数据交换方法的研究,提出了一种改进的常体积转换法(CVT),即引入面积限制值来保证网格插值的质量.运用该方法对两种常规外形:机翼和弹体圆柱段进行了插值计算,并与无限平板样条法(IPS)进行了比较和误差评估.认为改进的CVT插值方法能避免原CVT方法可能出现的异常情况,且大大提高了插值精度,是一种适合用于CFD/CSD耦合计算接口界面的插值方法.
大展弦比机翼有明显的升/阻(L/D)优势.但随着机翼展弦比的增大,在机翼结构重量控制条件下,机翼成柔性机翼,飞行中机翼的弹性变形量随速压(1/2ρV2)增大而增大,出现了严重的气动/结构耦合的问题.本文阐述了耦合问题的成因和解决途径,为特大展弦比机翼飞机(长航时无人机)的设计提供参考.
作者:李宇飞; 白俊强; 刘南; 李国俊; 何小龙 期刊:《哈尔滨工程大学学报》 2019年第04期
为了研究间隙非线性对颤振特性的影响,本文采用基于非定常雷诺平均方程的非定常气动力求解方法,耦合结构运动方程建立了时域气动弹性分析系统,并运用该系统计算三自由度无间隙二元翼段构型的颤振速度。采用描述函数法对间隙问题进行处理,得到了间隙非线性所带来的极限环振荡现象,并分析亚跨音速阶段间隙大小对颤振特性的影响。通过研究预加载对颤振特性的影响,得出预加载能够减弱间隙非线性影响,有效提高系统颤振速度。
作者:丁伟涛; 吴志刚; 黄玉平; 杨超; 李建明 期刊:《导弹与航天运载技术》 2019年第01期
为了预防高超声速飞行器空气舵系统流、固、热、电、磁等多物理场的耦合作用所引发颤振失稳开展颤振抑制研究,建立了将热环境下舵面结构动力特性、高超声速非定常气动力、舵机环节非线性动力学特性耦合起来的舵机-舵面耦合系统数学模型和颤振特性分析方法;对某舵系统进行了数值分析,研究了热环境、电动舵机设计参数以及指令信号幅值对颤振速度的影响,提出在舵机电流环加入超前滞后环节的颤振抑制措施。仿真结果表明,该方法能有效地...
作者:程暮林; 陈雪梅; 钟长生 期刊:《水动力学研究与进展A辑》 2004年第Z1期
本文采用数值方法对机翼颤振进行仿真.由于大型机算机和计算流体力学软件日益成熟,流体运动部分可以"如实做来",不必做任何线化假定,所以对物体外形,周围的气流速度无任何限制.这样开发的算法可以广泛用于流体与固体有相互作用的场合,如弹壳分离、副油箱抛投等难题.本文的算例是计算存在流固耦合作用时机翼在高亚音速流及跨音速流中的颤振问题.本方法将机翼的连续系统弹性结构模型与非线性雷诺应力平均N-S方程的流体模型弱耦合求解...
作者:徐敏; 陈刚; 陈士橹; 韦祥文 期刊:《西北工业大学学报》 2004年第06期
传统的气动伺服弹性系统设计主要采用基于频域的非定常气动力有理函数拟合方法.该方法用于非线性非定常气动力情况,比如跨音速飞行时往往失效.针对该问题,在发展了非线性非定常气动力建模方法的基础上,提出了将非定常气动力低阶模型用于气动弹性系统主动控制设计的一般方法.该方法将气动伺服弹性系统分解为气动、结构和控制3个子系统,分别建立各子系统状态空间模型,然后组装成完整的气动伺服弹性模型.非线性非定常气动力状态空间模...
作者:刘战合; 全金楼; 杨静媛; 苏丹; 张伟伟 期刊:《西北工业大学学报》 2018年第05期
直接流固耦合算法耗时极大,因此传统的失谐叶盘结构系统颤振研究一般将气动力忽略或将其当成小扰动。为了快速、准确分析叶轮机失谐叶片的颤振特性,基于气动力降阶模型提出了一种高效的叶轮机失谐叶片流固耦合分析方法。该方法利用系统辨识技术和一些基本假设来构建叶栅非定常气动力降阶模型,并在状态空间内耦合结构运动方程,得到气动弹性模型,通过改变部分叶片的结构参数来研究失谐对系统流固耦合颤振稳定性的影响。针对STCF4算例...
作者:向锦武; 张雪娇; 赵仕伟; 程云; 张志飞; 李道春 期刊:《哈尔滨工业大学学报》 2017年第10期
长航时无人机普遍采用轻质、高比强度复合材料结构大展弦比机翼,该类机翼在飞行过程中表现出显著的几何非线性和气动非线性,进而导致机翼的气动弹性非线性.大展弦比复合材料机翼的设计分析方法与传统机翼有很大不同.为研究大展弦比复合材料机翼的进展,并预测其未来可能的发展方向,对现有大展弦比复合材料机翼设计、分析、试验方法进行分析总结.首先,对大展弦比复合材料机翼结构设计方法、结构分析方法进行了介绍;然后,介绍了两类用...
作者:郭同庆; 陆志良; 程芳 期刊:《振动工程学报》 2004年第04期
用欧拉方程计算非定常气动力,在时域内求解结构运动方程.根据计算得到的广义坐标时间响应的特性来判断机翼在给定来流条件下是否发生了颤振或静发散.如广义坐标的时间响应是收敛的,则扰动消失后的机翼平衡位置即为最终的机翼静变形,同时也得到了考虑弹性影响的机翼气动特性.从而得出飞机的静、动弹性一体化计算结果,与传统计算方法结果的比较说明了本文方法的有效性.
作者:张伟伟; 叶正寅 期刊:《振动工程学报》 2005年第01期
运用非定常流场求解器,直接求解翼面作任意运动的时域非定常气动力.将拉氏域内的伺服传递函数转化成时域内的伺服状态方程.通过时域气动力、结构状态方程和伺服状态方程的耦合求解,实现伺服气动弹性的时域数值模拟.可以方便地模拟如跨音速、大迎角及高超音速等带有不同非线性的伺服气动弹性响应.通过数值模拟发现,伺服系统会降低原有气动弹性系统的稳定性,结构陷波器的引入可以减弱伺服系统和结构模态的耦合.应用算例给出了大迎角...
唐长红,全国政协委员,中国工程院院士,现任中国航空工业集团公司科技委副主任。长期从事飞机气动弹性、结构强度、总体设计工作,运20飞机总设计师。记者:唐委员,您说过中国航空工业的发展体现的不仅是国家工业水平的强大和人才实力的提升,更是文化自信的展现。而近代历史上,恰恰是由于武器装备、军工实力等方面的落后令中国遭受到巨大屈辱,带来了中国人百年来文化上的不自信。
作者:张文帆; 张家忠 期刊:《风机技术》 2019年第04期
在自由来流下,利用靶向能量传递研究了两自由度机翼与两个非线性能量汇的耦合振动,通过以单向不可逆的方式将振动能量从机翼传递到NES,部分甚至完全抑制气动弹性不稳定是可行的,并详细分析了系统的振动抑制与靶向能量传递(TET)之间的关系。首先,给出了包括升沉和俯仰运动的耦合系统的模型,两个NES分别加装在机翼前缘及后缘附近;随后,从能量转移的角度研究NES抑制下的耦合系统的振动。利用频谱分析研究了非线性耦合系统中的共振捕获...
作者:余智豪; 虞志浩; 李赟; 杨卫东 期刊:《科学技术与工程》 2018年第11期
建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气动模型,采用滑移网格技术实现桨叶运动。通过计算SA349/2直升机前飞状态下的挥舞、摆振振动载荷,对比试验数据,验证建立的气动弹性分析模型。结果表明,集成CFD的气弹模型能有效提高振动载荷预估精度...
作者:张晓辉; 王玉惠; 秦晅; 吴庆宪 期刊:《电光与控制》 2018年第07期
分析了高超声速飞行器机翼颤振问题及机翼颤振损伤随机翼应力的变化情况。首先研究高超声速飞行器的二元机翼模型,建立机翼颤振的动力学模型,运用活塞理论对机翼的非定常气动力进行计算,并针对一定飞行速度下的机翼的颤振情况进行分析。然后通过应力-应变σ-ε模型,应变与疲劳寿命的ε-N模型分析机翼颤振应力对机翼颤振损伤的影响。仿真结果表明,机翼颤振损伤与机翼的颤振幅度密切相关,为工程实践中的机翼可靠性分析提供了重要的参考...