立方非线性机翼非零平衡点极限环颤振的研究

本文深入研究了在不可压缩流中有立方非线性刚度的二元机翼颤振系统关于非零平衡点发生Hopf分岔的情形.采用中心流行理论对原系统降维得到分岔点处中心流形约化方程,再对约化方程进行化简得到Hopf分岔的A规范形,应用谐波平衡法分析广义气流速度对机翼颤振系统分岔特性的影响,并研究了系统参数对非零平衡点极限环颤振的影响.     

高超声速二元机翼迟滞非线性热颤振

采用三阶活塞理论计算非定常气动力,考虑高超声速下气动加热对扭转刚度的影响,对具有结构迟滞非线性的高超声速二元机翼进行热颤振分析,比较不同厚度比对二元机翼的线颤振速度的影响。研究结果表明:高超声速气动热效应降低了机翼的颤振速度;机翼的厚度比对热颤振速度有较大的影响,热颤振速度随厚度比的增大而增大。高超声速二元机翼的非线性热颤振表现为极限环振荡,通过poincare截面获得机翼响应振幅的分岔图;系统分岔速度小于线颤振速度,极限环振动的幅值随流速的增大而迅速增大。     

机翼颤振的非线性动力学和控制研究

介绍应用现代非线性动力学和控制的理论和方法对机翼颤振问题进行的一些研究,主要包括3部分:①针对用活塞理论建立的(高)超音速流中机翼的颤振方程,首先进行稳定性分析,证明Hopf分岔导致系统颤振失稳.然后应用规范型直接法推导出Hopf分岔的规范型,分析其系数表明,随着飞行马赫数提高,Hopf分岔由超临界形式变成亚临界形式,对结构的危害性增大;②针对不可压缩流中具有立方非线性俯仰刚度的二元机翼颤振,应用wash-OUt滤波器技术进行主动控制.对于引入的wash-out滤波控制器,先按Hopf分岔条件确定线性控制增益,再用规范型直接法得到受控系统的规范型,由分岔类型与规范型系数的关系确定非线性控制增益,从而可以将危害性较大的亚临界Hopf分岔变为危害性较小的超临界Hopf分岔;③基于空间Poincare百截面并引入轨迹追踪技术,改进胞映射方法,分析初始条件对含双线性结构刚度因素的机翼颤振的影响.结果显示,初始条件对系统动力学行为有着很大的影响.当两段刚度之比小于某临界值时,不同的初始条件会导致平衡点、极限环振动、复杂的周期运动、混沌和发散运动等不同的运动形式.     

大展弦比机翼/外挂系统气弹响应的数值研究

综合考虑大展弦比机翼的几何非线性和外挂与机翼连接处的中心间隙非线性,建立了大展弦比机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Hamilton原理推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明:中心间隙使系统出现极限环的起始速度明显降低;且在单稳极限环振动速度区间颤振幅值出现跳跃现象;随流速的增加,系统响应呈现出复杂的现象,如拟周期运动、周期运动与混沌运动相间出现、屈曲后颤振等。     

大展弦比机翼/外挂系统气弹响应研究

综合考虑大展弦比机翼的几何非线性和外挂与机翼连接处的中心间隙非线性,建立了大展弦比机翼/外挂系统的气动弹性力学模型。采用非定常气动力,根据Hamilton原理推导了大展弦比机翼/外挂系统的运动微分方程。运用伽辽金法进行离散,通过数值模拟研究了系统的气动弹性响应及其稳定性。结果表明：中心间隙使系统出现极限环的起始速度明显降低,且在单稳极限环振动速度区间颤振幅值出现跳跃现象;随流速的增加,系统响应呈现出复杂的现象,如拟周期运动、周期运动与混沌运动相间出现、屈曲后颤振等。     

二元机翼系统的极限环颤振与混沌运动

运用微分方程定性理论和分支理论对不可压缩流中具有二次非线性俯仰刚度的二元机翼系统在非零平衡点发生极限环颤振和混沌运动进行探讨。首先应用中心流形理论将四维系统进行降维,用高维Hopf分支定理确定系统发生Hopf分叉的分叉点;然后通过计算系统焦点量的值来判别分叉点的稳定性和类别,并用分支问题的Liapunov第二方法给出了系统发生Hopf分叉的类型;最后采用四阶Runge-Kutta法对理论分析进行数值模拟,发现两者结果是一致的,通过数值分析法,得到了系统通向混沌的道路,以及在混沌区域存在周期为5的周期运动。结果表明:系统的分叉点为一阶稳定细焦点且发生超临界Hopf分叉,产生稳定极限环;系统通向混沌的道路为倍周期分叉。     

翼挂副油箱对颤振特性影响分析

机翼下面加挂副油箱可增加飞机的航程和续航时间;但会导致机翼弯扭频率降低,致使机翼颤振临界速度下降。以某型运输机翼加挂副油箱为例,设计制造了缩比颤振模型;并建立了有限元模型。通过理论数值分析和模型风洞试验,研究了副油箱油量和悬挂系统刚度的变化对颤振特性的影响。研究表明加挂副油箱后机翼颤振速度明显下降,副油箱在25%燃油时颤振速度达到最低;而改变悬挂系统刚度对颤振速度没有影响。     

极限环解析解确定平衡点吸引域的研究

提出利用系统状态变量两两之间所有极限环的交集,确定高维系统在亚临界霍普夫分岔点附近平衡点吸引域的方法。首先利用改进中心流形降维的方法,对高维微分方程组在亚临界霍普夫分岔点进行降维,得到可进行极限环计算的形式;利用I.Bendxison定理推导极限环存在必要条件的解析表达式,为摄动增量法提供计算初值;然后利用摄动增量和谐波平衡法求取低维系统状态变量在分岔点附近不稳定极限环的近似解析解,用原变量替换近似解析解中的变量得到原系统变量的极限环;最后,将某一变量与其它所有变量形成的不稳定极限环投影到二维平面上取其交集,交集的边界即为该变量的稳定边界。该方法能够精确有效的分析算例中参数大幅变化下亚临界霍普夫点附近平衡点吸引域。     

超音速二元翼极限环颤振的高次线化分析

以一个在俯仰方向带有初偏间隙非线性刚度的超音速二元机翼为模型,研究非线性气动弹性系统的双稳定极限环颤振问题.在利用二阶活塞理论计算非定常气动力和力矩的基础上,采用KBM法一次渐近解的等效线化分析方法对系统的颤振进行了定性分析,最后通过数值模拟验证了理论分析的正确性.     

不可压缩流中机翼外挂系统的分叉分析

考虑二元机翼外挂系统的三自由度动力学模型，建立了准定常气动力作用下机翼外挂系统的运动微分方程，通过Hopf分叉理论和数值模拟，研究了具有立方刚度非线性系统的颤振问题，并研究了系统临界颤振速度随线性刚度系数的变化规律。结果表明，机翼外挂系统将出现亚临界Hopf分叉，另外，随着线性刚度系数的增加，系统的临界颤振速度将减小。     

强非线性颤振分析的一种改进的等效线性化法

分析了含三次强非线性俯仰刚度的二元机翼颤振系统。线性化俯仰方向的自由振动方程,用谐波平衡法求解该线性化方程,得到了改进的等效线性刚度。采用改进的等效刚度,应用等效线性化法得到了非线性颤振系统的分岔方程。算例表明,该方法提高了等效线性化法的精度。     

鼓式制动器非线性振动模型的极限环颤振研究

提出了一个两自由度非线性模型来描述鼓式制动器的低频制动振动,然后应用中心流形理论对系统进行简化,通过计算约化后系统的PB规范形,判断出在Ho一分岔点附近当μ＞0时存在极限环振动.应用这种方法,通过大量的计算得出了随着制动器底板等效刚度的增大,扭转振动的振幅越来越小,以及在两个自由度方向上振幅随参数的变化趋势相反等规律.     

超音速气流中受热壁板的非线性动力学分析

研究了超音速气流中受热壁板的非线性动力学行为.用规范型方法研究了受热壁板由于Hopf分岔产生的颤振.数值模拟验证了理论分析的结果.利用Runge-Kutta方法对系统进行了计算,给出了系统的相图、分岔图,发现该模型存在混沌运动.当系统参数变化时,该系统可经过倍周期分岔进入混沌或产生阵发性混沌.     

退化点上van der Pol-Mathieu方程分叉解的稳定性研究

研究了著名的 van der Pol-Mathieu方程 1 / 2次谐共振分叉在退化点的零解和极限环的稳定性问题 ,零解的稳定性用中心流形方法研究 ,Hopf分叉产生的极限环的稳定性用 Hopf分叉定理解决     

机翼颤振的Hopf分岔分析与控制

考虑二元非线性机翼颤振系统, 利用多尺度法研究系统的Hopf分岔类型和周期解的稳定性. 设计非线性时滞控制器抑制Hopf分岔引起的颤振, 将原系统的亚临界Hopf分岔变为超临界Hopf分岔, 将原系统的超临界Hopf分岔控制为稳定. 理论分析和数值模拟结果验证了所给控制方法的有效性.     

超音速结构非线性翼型的颤振分析

对超音速流速中的结构非线性二元机翼进行颤振分析。通过对线化系统在零平衡点的特征值分析得到该系统的Hopf分叉点,应用中心流形定理对原系统降维,并用后继函数法判断分叉点的类别及稳定性;然后应用分支问题的Liapunov第二方法分析了系统的超临界、亚临界Hopf分叉现象,并通过数值模拟验证了理论分析的正确性。