【摘 要】
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评估气动弹性效应是大展弦比飞机结构设计中的重点内容,随着复合材料的使用比例不断增加,大展弦比飞机的气动弹性效应变得更为显著,剪裁优化设计工作尤显重要.常规气动弹性剪裁考虑了颤振、变形和操纵效率等方面的气动弹性性能指标要求,同时考虑了部分强度约束;但是由于复合材料自身的特殊性,在结构设计阶段需要充分考虑制造工艺环节,必须对丢层梯度等工艺要求做出约束;其次对于蒙皮结构较为敏感的稳定性问题,需要在优化设
【机 构】
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中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心,北京 100121
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评估气动弹性效应是大展弦比飞机结构设计中的重点内容,随着复合材料的使用比例不断增加,大展弦比飞机的气动弹性效应变得更为显著,剪裁优化设计工作尤显重要.常规气动弹性剪裁考虑了颤振、变形和操纵效率等方面的气动弹性性能指标要求,同时考虑了部分强度约束;但是由于复合材料自身的特殊性,在结构设计阶段需要充分考虑制造工艺环节,必须对丢层梯度等工艺要求做出约束;其次对于蒙皮结构较为敏感的稳定性问题,需要在优化设计中加以考量,保证局部蒙皮满足稳定性要求;另外,常规的气动弹性优化考量到计算效率的问题大多采用工程数值方法进行颤振计算,该类方法在跨音速阶段的计算误差较大,而民用飞机的巡航速度大多处于高亚音速阶段,正好位于跨音速区域,本文采用基于外部压力分布场输入的方法,在保障运算时间的前提下开展了较为准确的跨音速颤振评估,提高了颤振约束的精确性.
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针对某全动平尾的颤振问题,进行了一系列的参数研究,包括把大轴刚度与操纵刚度组合,建立了这两个参数与平尾颤振速度之间的曲面,另外还建立了平尾一弯频率和旋转频率与平尾颤振速度之间的曲面,并将两曲面进行了对比,发现频率与颤振速度之间的曲面存在扭曲,平尾一弯和旋转频率相同时,颤振速度可以不同,而刚度与颤振速度之间的关系则没有扭曲。
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.在全动舵算例中,本文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.本文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.
针对现如今所出现的超大展弦比无人机,本文以其机翼为模型进行了有限元建模并进行了结构分析.结构重量减小会导致机翼弹性增加,势必会引起机翼变形增大、气动弹性效应增强,进而影响机翼的整体气动性能;而此类飞机对重量要求严格,总是期望尽可能减轻结构重量,因此必须在满足变形、材料失效等约束的情况下对结构进行优化设计以减轻重量.由于该飞机的飞行速度和飞行条件限制,突风载荷将是该类飞机所面临的最严重载荷情况之一,
现代飞机设计过程中,必须要考虑气动弹性设计问题,保证飞机在设计包线内不会出现气动弹性不稳定现象.本文根据CCAR-23部适航要求,对某轻型飞机的机翼建立了结构有限元模型和二维升力面模型,并根据全机地面共振试验结果对结构模型进行了修正,然后利用MSC.NASTRAN软件进行了机翼的固有振动和颤振特性分析,最终又通过全尺寸机翼颤振风洞试验验证了机翼在飞行包线内的颤振稳定性.结果表明,机翼的颤振速度大于
在飞机研制中,伺服弹性(ASE)稳定性分析是检查飞机颤振、系统稳定性边界的一项重要工作.本文通过研究飞机ASE系统的结构形式和理论分析方法,结合专业软件ZAERO建立了某型飞机ASE系统模型,研究飞机的伺服颤振特性、系统增益裕度问题.结果表明ASE系统对飞机的颤振特性有一定的影响,分析结果可为相关飞机型号的系统设计、颤振试飞工作提供参考.
通过变参分析,研究了某型飞机的副翼颤振特性.分析了影响副翼颤振特性的一些重要因素,根据某机翼的刚度、质量数据及气动外形特性,建立数值分析算例.分别研究了副翼气动面的建模方法、副翼配重、操纵刚度及副翼旋转阻尼对副翼颤振速度的影响.根据各参数的变参颤振分析结果,提出设计改进建议以满足适航要求.
大展弦比飞机在气动弹性分析中的突出特点就是机翼的柔度大、弹性频率低.本文在在大展弦比飞机颤振分析中引入刚体模态,探讨了刚体模态参与耦合的颤振分支,并对俯仰刚体模态频率及飞机重心位置等相关参数的影响进行了分析,为飞机的后续设计工作提供了参考.
利用前、后缘控制面对带扭转非线性刚度二元机翼进行颤振主动抑制.当来流风速高于颤振临界速度时,利用三种不同类型的柔性控制面对机翼出现的极限环振荡进行主动控制.采用模型参考自适应控制器,优化了控制器参数,得到了各种构型控制面的最大控制效能.计算结果表明:柔性控制面可以对机翼的极限环振荡进行有效控制,二阶柔性控制面的控制效果最好,和传统的刚性控制面相比,柔性控制面的控制效率略低,若采用前缘刚性后缘柔性的
利用CFD/CSD耦合方法研究了由结构和气动非线性引起的壁板颤振问题.壁板几何非线性建模则采用了有限元的协同旋转理论,并利用一种预测-校正的近似能量守恒算法求解结构的非线性响应.非定常气动力计算中采用了一种通量分裂格式、隐式时间推进方法和几何守恒律;结构和流场求解器采用二阶松耦合方法联立求解,将其应用于壁板在超音速、跨音速和亚音速的颤振计算中,当考虑结构几何非线性和气动非线性时,出现了典型的极限环
The body-like aerodynamic model are used for the fuselage and nacelle component.The influence of the flutter characteristic due to aerodynamic of the fuselage and nacelle are studied and verified thro