非线性鞍型张拉膜结构气弹模型相似参数分析

以两种具有不同对角高差的鞍型张拉膜结构为研究对象,利用膜结构刚性模型测压试验数据以及非线性风振响应计算方法,通过分析初始找形状态及静力平衡状态下的自振频率、风荷载作用下向上及向下最大位移平均值、均方根值的计算差别,考察了相似参数的简化依据.结果表明:对于没有对角高差的张拉膜结构,弗劳德数相似比不宜超过λ2V/λL=10/4;而对于具有对角高差的张拉膜结构,弗劳德数相似比不宜超过λ2V/λL=20/4;质量系数可以控制在0.8~1.2范围内;弹性模量系数可以控制在0.5~1.5范围内.     

发动机推力对大展弦比机翼颤振边界的影响

为解决现有线性气动力模型对大柔性机翼受发动机推力影响的气动稳定性分析方法的不足,提出了基于计算流体力学(CFD)与Simo几何精确梁模型的非线性气动弹性分析方法。以翼吊式发动机的大展弦比机翼为研究对象,采用横向随动力和集中质量模拟发动机推力和吊挂质量,分别研究了单纯发动机推力和考虑气动载荷联合作用时,发动机推力、结构弯扭刚度比、发动机集中质量以及发动机安装位置等参数对机翼结构颤振特性的影响。数值模拟所采用的大展弦比柔性机翼非线性气动弹性模型耦合了Simo几何精确梁模型和雷诺平均N-S非定常气动力模型,考虑了结构和流场的两场非线性耦合。模拟结果表明:发动机推力对机翼颤振边界影响很大,具体的影响效果取决于上述其他参数的变化;发动机吊舱靠近翼根布置、发动机尽量布置在机翼弹性轴之前、减小机翼弯扭刚度比等布局或设置有利于扩大机翼的颤振包线范围。因此,在进行翼吊式气动布局的设计或分析时,必须考虑发动机推力及其相关参数的影响。     

圆柱两自由度涡激振动的数值模拟研究

利用自编制的基于松耦合方法的求解气动弹性问题的数值模拟程序,计算了在低雷诺数Re=100条件下圆柱的两自由度涡激振动,涡激振动系统的折减阻尼比M*ε=0.020 8.结果表明,随着折减风速的增加,振动系统依次经历以流向涡激振动和以横向涡激振动为主导的两个锁定区域.结合笔者以前关于圆柱单自由度横向涡激振动的研究工作,考察了流向自由度对横向涡激振动的影响.结果表明,在低雷诺数和低折减阻尼条件下,流向自由度对横向自由度的涡激振动基本没有影响,从而验证了已有的基于实验研究的结论.     

钢天线风致疲劳研究

基于一钢质天线气动弹性模型风洞试验结果,研究了其风致疲劳,首先,根据当地气象站资料统计的风速风向联合概率分布函数求得天线结构所在位置处的风速风向联合概率分布函数,并以结构假定的疲劳寿命为最大风速重现期来计算每个风向区间要考虑的最大风速,其次,对天线结构的气动弹性模型进行风洞试验,     

基于变论域模糊控制的风机叶片颤振抑制

针对时变、滞后、非线性的风力机叶片系统,基于变论域思想,设计出一种变论域最优模糊比例积分微分(proportion intergration differentiation, PID)控制器,解决叶片经典颤振断裂失效问题。叶片结构模型采用基于弹簧-质量-阻尼器的典型截面模型,结合经典颤振稳态气动力模型,得到叶片气动弹性方程。通过变论域最优模糊PID控制器给出变桨信号,同时二阶变桨激励器执行变桨动作,进行颤振抑制。根据时间乘绝对误差积分准则(ITAE)准则,通过寻优得到PID最优初始值。仿真结果表示,与增量式模糊PID相比,变论域最优模糊PID控制器可动态调整论域范围,收敛时间快、幅值更低且具有良好的通用性。     

二维弹性翼型动态失速响应紧耦合模型建立

根据经典气动弹性响应模型和刚性动态失速模型,推导公式,建立了二维弹性翼型动态失速下气弹响应的紧耦合模型。计算模型为典型动态失速风洞模型,应用最小二乘法拟合实验气动力得到了气动力模型。应用此气动力模型进行气动弹性响应紧耦合计算,结果表明,同样的条件下,弹性模型比刚性模型的动态失速现象会更明显,实际飞行攻角及升力的变化范围可能增大,弹性影响不可忽视。     

弹性飞机阵风响应建模与减缓方案设计

基于非定常气动力有理函数拟合方法建立时域连续阵风响应方程,基于非定常气动力有理函数拟合和傅立叶变换的混合建模方法建立时域离散阵风响应方程.在时域连续和离散阵风响应方程的基础上,设计3种不同的阵风减缓控制方案并进行对比分析.方案1采用俯仰角速率、翼梢加速度和质心加速度作为反馈信号,副翼和升降舵作为控制面;方案2采用迎角传感器采集的信号替换方案1中的俯仰角速率信号;方案3采用扰流片替换方案1中的副翼.相关计算结果表明：弹性飞机质心处过载和翼根弯矩主要受刚体模态的影响,弹性飞机翼尖处过载主要受飞机弹性模态的影响.控制方案1,2,3均能达到阵风减缓的目的,但采用扰流片作为控制面的控制方案3的减缓效果不如控制方案1和2的减缓效果.     

大展弦比飞机几何非线性气动弹性稳定性的线性化方法

基于动力学小扰动假设建立了具有大展弦比机翼柔性飞机的全机几何非线性气动弹性稳定性分析的线性化方法和工程求解流程,并通过复杂算例验证了该方法的工程适用性.对某高空长航时无人机,计算了飞机在平飞设计载荷以及阵风载荷作用下的非线性静变形,在对应的非线性平衡态下对全机进行动力学线性化,计算了考虑静态大变形因素的全机固有振动特性,采用偶极子格网法计算了非定常气动力,进一步分析了全机的气动弹性稳定性,并与传统线性计算结果进行了对比研究.计算结果表明,由于结构大变形引起的几何非线性会引起机翼面内弯曲和扭转的运动耦合,改变相应模态的频率和振型,从而影响气动弹性耦合关系,降低颤振临界速度.传统的线性方法不但不能得到准确的颤振临界速度,而且有可能给出错误的稳定性结论.因此,对于具有大展弦比机翼的高空长航时无人机,以及类似的大柔性飞行器,必须在其设计过程中进行几何非线性气动弹性稳定性分析.     

基于径向点插值方法的柔性螺旋桨气动弹性模拟

为研究柔性螺旋桨的气动弹性效应和推进性能,以成熟的计算流体力学和计算固体力学软件为平台,建立径向点插值方法(RPIM)以完成网格节点的位移传递,由虚位移原理辅助完成载荷传递的螺旋桨气动弹性分析框架.该方法可以避免生成奇异的插值矩阵,具有数值稳定性,适用于任意分布的节点,且能保证在数据传递过程中不发生能量损耗.流场网格更新通过Delaunay映射方法实现.研究结果表明:在所设置的工况中,桨叶沿来流方向的最大变形量可达桨叶半径的9.4%,旋转平面内的变形量约为来流方向上的52.1%;变形会使螺旋桨的迎风面受到更大的正压力,进而导致柔性螺旋桨产生比刚性螺旋桨更高的推力和扭矩,其最大改变量分别为7.2%和9.9%;气动弹性效应基本不会对推进效率产生影响.综上,在螺旋桨处于大推力、低速工况下时,气动弹性效应对推进性能有较大的影响,能够在基本维持原有效率不变的情况下提高推力.     

翼型局部弹性自激振动的增升减阻效应研究

基于几何非线性的浅拱理论及空气动力学理论,建立了局部弹性翼型的气动弹性模型,并针对该模型建立了在ALE坐标下局部弹性翼型与非定常流场的耦合算法;对振动NACA0012翼型的非定常气动力进行了计算,结果与文献数据吻合良好,验证了算法的准确性;对雷诺数为2×105时弹性翼面自激振动对翼型的增升减阻效应进行了数值分析.研究结...