含间隙折叠舵面颤振响应分析

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飞行器舵面/翼段气动弹性问题中的非线性因素主要来自结构、气动和伺服系统。为了满足存储、运输过程中节省空间的要求,某些导弹弹翼、舰载飞机机翼会采用折叠舵面/翼段结构。在折叠舵面铰链连接处不可避免存在的间隙,会改变舵面的刚度特性,并影响其气动弹性性能。通常情况下,气动颤振频率就是舵面结构的最低阶固有频率,而结构间隙的零或近零刚度对固有频率有很大影响。一般采用模态振动实验,以施加周期信号扫频激励方式,获得含间隙结构的固有频率。结构间隙也影响着舵面的颤振情况,一般采用数值仿真方法进行分析。  本文研究间隙非线性因素对于主共振以及颤振频率的影响,主要内容如下:  第一部分:考虑到模态振动实验通常采用周期激励形式,应用平均法并结合数值仿真,研究含间隙舵面/翼段的主共振响应,分析间隙、外激励、固定预载等参数对于舵面主共振情况、特别是共振频率范围变化的影响规律。随着间隙增大,主共振响应曲线整体向左移动,非线性特点越来越突出,开始出现振幅跳跃和滞后现象;随着外激力增大,非线性的影响降低,振幅跳跃现象逐渐消失,系统振动特点接近线性;随着固定预载增大,共振形态变化较大。  第二部分:应用活塞理论建立含间隙飞行舵面的气动弹性力学方程,采用增量谐波平衡法分析舵面颤振,给出了舵面颤振频率的计算公式。分析了舵面/翼段的颤振规律:来流速度小于临界颤振来流速度时,翼段振动稳定在零平衡点,且随来流速度的增大,振动达到稳定需要的时间增长;来流速度达到临界颤振来流速度时,翼段产生颤振并形成稳定的振动极限环;来流速度大于VLC时,翼段颤振失稳,且随着来流速度的增大,颤振失稳的速度也提高。舵面/翼段颤振极限环存在的来流速度区域很小,超过这一来流速度区域,颤振运动几乎立刻发散。  第三部分:在第二部分基础上,数值仿真、分析飞行马赫数、间隙等因素对于舵面颤振频率的影响,飞行马赫数和间隙对于颤振规律没有影响。但飞行马赫数对于翼段颤振的影响很大,随着飞行马赫数的增大,临界颤振来流速度增大,颤振频率也增大,而间隙的变化对于翼段颤振的影响很小。并对比了在间隙影响下,主共振频率与颤振频率的关系,为地面模态实验提供理论依据。  第四部分:全文总结。
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