【摘 要】
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大柔性飞机在外载荷作用下会发生显著地弹性变形,使得全机的气动外形、结构构型及刚度特性发生变化,形成几何非线性问题,因此在飞机配平、载荷计算及稳定性分析中必须考虑几何非线性所带来的影响.本文从结构和气动两方面考虑几何非线性带来的影响,结合曲面样条插值,采用非线性有限元和曲面涡格法进行非线性气动/结构耦合分析,并通过迭代计算的方法对大柔性飞机进行全机非线性配平、气动载荷计算及稳定性分析.其结果表明,当
【机 构】
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北京航空航天大学 气动弹性研究室,北京 100191
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大柔性飞机在外载荷作用下会发生显著地弹性变形,使得全机的气动外形、结构构型及刚度特性发生变化,形成几何非线性问题,因此在飞机配平、载荷计算及稳定性分析中必须考虑几何非线性所带来的影响.本文从结构和气动两方面考虑几何非线性带来的影响,结合曲面样条插值,采用非线性有限元和曲面涡格法进行非线性气动/结构耦合分析,并通过迭代计算的方法对大柔性飞机进行全机非线性配平、气动载荷计算及稳定性分析.其结果表明,当结构变形较大时,非线性配平结果随风速和结构质量呈非线性变化,并且其纵向变形会对横侧向的稳定性产生一定的影响,这与传统线性分析结果会有明显得差别,因此需在设计初期引起重视.
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大展弦比飞机具有结构重量轻,柔性大等特点,有些采用螺旋桨发动机作为推进系统.一方面,螺旋桨滑流对全机配平变量会产生不可忽略的影响;另一方面,大柔性的机翼在飞行过程中会发生较大结构变形,传统基于小变形假设的气动弹性分析方法不再适用,需要引入非线性分析方法以适应几何非线性引起的结构气动新的气动弹性特点.本文从弹性飞机的刚弹耦合运动方程出发,引入静气动弹性假设,简化得到弹性飞机静气动弹性全机配平方程,分
静气动弹性是由气动载荷与弹性结构的相互耦合作用产生的.传统静气动弹性分析采用线性面元法计算得到气动力.对于较高准确性的气动弹性分析必须采用基于Euler方程或者Navier-Stokes方程的CFD方法来捕捉气动力的非线性特性.本文基于CFD/CSD松耦合方法研究了三维机翼的静气动弹性响应.采用形函数面积坐标加权方法进行气动载荷传递,及曲面样条插值方法进行结构位移传递.研究结果表明,弹性变形导致机
飞翼布局作为一种非常规气动布局是飞行器理想气动布局之一.本文以一种大型飞翼布局为研究对象,建立全机的三维有限元模型,并采用CFD/CSD耦合的分析技术对飞翼布局进行了静气动弹性特性分析.结果表明,弹性变形使得全机压心和焦点位置前移,在飞翼布局设计时,应考虑静气动弹性引起的静稳定度的变化.
在真实飞行器刚度分布和边界条件均不确定的情况下,通过有限元建模和仿真计算,推算出其结构的刚度分布形式.并且设计了一套相应的全弹性实验模型,实现对设计机翼的刚度模拟.本文发展了一种静气动弹性实验技术,针对了某大展弦比飞行器的后掠翼设计建立了实验模型，详细地介绍了模型设计和加工的方式方法,该模型设计方法可为大展弦比飞行器静气弹实验提供参考。
高空长航时飞行器大多采用大展弦比柔性机翼.由于机翼的柔性,在受到气动力作用后,会形成较大变形,从而影响其升力效率.通过CFD/CSD耦合数值方法计算了在来流速度8m/s与14m/s状态下机翼的静气动弹性变形,比较了变形前后机翼受到气动力的变化.气动力的计算采用HUNS3D程序得到;结构变形采用商用软件Ansys得到.程序之间的数据传递采用文件的形式.结果表明,在8m/s时翼稍的最大变形约为翼展的1
讨论了某水陆两栖飞机机翼载荷计算中的气弹修正问题.采用弹性悬臂梁假设,以刚性载荷为基础,结合风洞测压试验结果,计算机翼弹性变形后的剖面迎角与载荷.结果显示该修正方法合理,能满足工程应用.
对一小展弦比超声速前掠舵面,设计了两种不同的复合材料铺层方式,采用CFD/CSD松耦合方法对其进行静气动弹性分析,研究铺层方式对舵面静气动弹性效应的影响规律.流场计算采用可压缩Euler方程求解,结构变形采用直接有限元方法求解.采用一致的径向基函数方法进行流场和结构之间的数据传递.静气动弹性分析结果表明,铺层角度对舵面刚度有较大影响,0°铺层方向为影响该空气舵变形的主要方向;小展弦比前掠舵面其静气
在飞机颤振设计和验证中,需要考虑一些与颤振相关的不确定、非线性参数.大展弦比机翼飞行静变形的影响,翼吊发动机吊挂结构非线性的影响、操纵面间隙非线性的影响、复合材料结构刚度非线性的影响、结构大变形和蒙皮屈曲的影响、阻尼的影响、大攻角、跨音速气流激波强度和位置的影响、气流失速的影响、气动力升力系数和雷诺数的影响、控制律死区和滤波器非线性的影响.结合飞机型号设计实际,初步研究了部分非线性和不确定参数对飞
为了获得某特殊的飞翼式气动布局开裂式阻力方向舵的颤振特性、验证后缘气动力对颤振的影响、研究参数变化规律,设计了开裂式阻力方向舵的低速颤振风洞模型.按照试验要求模型应模拟连接刚度,得到变化规律,并根据需要改变阻力舵的安装角度,为此设计了一种可以改变舵面转角的弹性连接结构,经过仿真计算分析可以实现设计目标。
针对全动舵面非线性气动弹性系统,应用拉格朗日方程推导了系统的动力学方程,并采用气动力模型的二次降阶方法得到降阶时域气动力模型.通过数值方法研究了三种不同全动舵面非线性颤振系统的极限环、稳定性以及复杂响应等特性,并与等效线化法和时域仿真的结果进行对比.研究发现,该系统瞬态混沌现象,以及发现含扑动间隙非线性系统的颤振速度随振幅增加而持续降低的现象.