静不安定飞机缩比模型跨声速颤振试验技术

全机缩比模型跨声速颤振试验是飞行器气弹设计验证工作的重要环节,借助该试验可研究跨声速区空气压缩性效应,并有效获得飞行器的跨声速颤振边界。通过总结、梳理多次部件级跨声速颤振试验研究经验,并基于某型翼身模态高度耦合的静不安定飞机全模试验研究,较全面地阐述了目前全模跨声速颤振模型设计、地面试验及风洞试验技术,可供工程应用借鉴。     

低速风洞绳牵引并联支撑系统的静刚度分析

用静刚度的一些分析工具来对低速风洞绳牵引并联支撑系统WDPSS-8的静刚度进行分析,并进行实例仿真分析,仿真结果表明:当飞行器模型在主位置处进行准静态姿态变化时,支撑系统处于力位可控范围内;支撑系统可实现连续运动控制;其静刚度值满足静导数试验的要求;支撑系统可采用通过提高刚度的方式来进行飞行器模型的位姿控制.     

基于ADAMS的绳牵引并联支撑系统动力学建模

为了实现对低速风洞强迫振荡试验绳牵引并联支撑系统的精确控制,需要建立精确的动力学模型,分析系统的振动特性,避免共振.首先,提出适合低速风洞绳牵引并联支撑系统的线性弹簧理论,应用动力学分析软件 ADAMS搭建动力学三维模型;其次,通过对系统进行振动分析,得到系统固有频率满足强迫振荡试验要求的弹簧参数;然后,对系统进行受迫振动分析,结果表明系统符合振动规律,验证了系统建模的正确性;最后,将每根绳索离散为10段线性单元,并对系统进行模态分析,发现离散前后系统的固有频率值相近似,且满足强迫振荡试验要求,说明采用线性弹簧理论建立绳索动力学模型是可行的,为了简化建模,无需将绳索离散化.     

大型飞机机身壁板装配位姿调整系统的运动规划

为了解决大型飞机机身壁板数字化装配中的调姿与对接问题,设计了一种面向大型飞机机身部装的数字化柔性工装试验样机,提出了一种基于精密三坐标定位器四点支撑的大型飞机机身壁板的装配位姿调整方法.该方法不仅适合于调姿路径不确定的情况,而且还将装配位姿调整过程分解为位置与姿态2个调整阶段,从而降低了多轴协调控制的难度.由于装配件的位移、速度、加速度轨迹的理论计算与物理实验结果均是光滑连续的,而且满足各边界约束条件,因此该调姿系统及其运动规划方法可满足机身壁板装配调姿的精度、效率和稳定性要求,为装配件调姿运动的高效精确控制奠定了基础.     

低速风洞绳牵引并联机构的动力学分析

现代飞行器对低速风洞试验的攻角范围要求很大,往往无法用传统支撑系统来实现.文中提出1个新型的绳牵引并联支撑系统,用来支撑缩小比例为1∶100的F-15E"攻击鹰"战斗机模型的低速风洞试验,该支撑系统使缩比模型的3个姿态角能实现±90 °的变化.通过做粗略风速为28.8 m·s-1的吹风实验,发现设计方案是可行的.对用于低速风洞大攻角支撑系统的绳牵引并联机构进行逆动力学分析,并建立机构的动力学模型求逆动力学解,仿真分析缩比模型进行纯平动和纯转动时各根绳的拉力值.由系统的动力学线性挠动方程求出机构系统的固有频率,通过仿真分析求出缩比模型单独绕某一坐标轴转动时,其在特定位姿处的最小固有频率.     

具有杆间弹性支撑的端部固定压杆稳定性研究

为了研究具有杆间弹性支撑的端部固定压杆稳定性问题,首先简化工程模型为理论模型,求解两端固定压杆稳定承载力与杆间弹性支撑刚度的理论关系,并提出简化计算公式;其次根据理论模型,使用杆间弹簧支撑轴心压杆进行失稳试验,调整弹簧数量以改变弹性支撑刚度,进行5组不同弹性支撑刚度下的杆件稳定承载力试验,通过试验结果验证理论解的正确性;最后使用ABAQUS进行有限元分析,计算杆间不同弹性支撑刚度下压杆的稳定承载力,对理论解进行验证.通过试验以及有限元分析验证了理论解的正确性,为工程设计人员提供了简单可靠的计算公式.     

基于流固耦合的航空导叶作动筒振动特性分析

针对航空发动机高压压气机导叶作动筒在剧烈振动工作环境中的易损问题，确定导叶作动筒在振动过程中的固有频率与相关振型，获取关键结构件在标准功率谱下的动态响应，通过有限元法建立了考虑流固耦合的非线性模态分析仿真模型。通过单一变量法利用仿真模型研究接触刚度、活塞位于不同行程位置对相关固有频率与振型的影响机制，发现关键接触位置的接触刚度因子取0.8能保证仿真准确度并满足接触刚度，工作过程中活塞在行程上的位置发生变化，对第二、三阶的固有频率影响较大。完成共振检查试验，实测固有频率与仿真结果对应良好，验证了有限元分析模型的准确性。基于模态结果，根据航空标准建立随机振动仿真模型，得到关键结构件在3σ下的应力及变形响应，为导叶作动筒结构优化设计提供依据。     

基于负刚度原理的低刚度及间隙模拟技术研究

针对颤振专业的相关地面试验和风洞试验中支持系统低刚度以及间隙非线性模拟困难的问题,开展了低刚度及间隙模拟技术的研究。研究中通过分析正负刚度并联支持系统的力学原理,获取了系统的刚度表达式以及在平衡位置处的零刚度条件。据此设计了一种正负刚度并联系统,并开展相关试验。试验表明,该系统刚度呈非线性,并且与理论分析结果吻合。在此基础上,讨论了利用该系统模拟飞行器翼面间隙的可能性,设计了一种基于正负刚度并联机构间隙模拟装置,并开展相关试验。试验结果表明,该间隙模拟装置不仅可以较好地模拟间隙,还可以通过调整相关参数调整间隙的大小。通过此项研究,探索了一种新型的、可应用于各类飞机或颤振风洞模型的低刚度以及刚度非线性支持系统模拟技术,具有良好的工程适用性和应用价值。     

绳驱动仿腕关节绳拉力分布和可控刚度特性分析

为模拟人臂腕关节的结构功能,提出了有别于传统仿生关节的3自由度绳驱动并联结构,即通过球副连接动平台与静平台实现腕关节的转动功能。考虑绳驱动的冗余特性和绳索的单向受力性,对机构的位姿结构进行静力学分析,获得绳索张力表达式,同时建立绳张力分布优化模型,通过遗传算法得到绳拉力分布情况。通过建立运动学和静力学方程对机构进行受力分析,并引入线矢量和微分变换的方式,推导出机构的固有刚度和可控刚度,建立了腕关节静态位姿结构刚度模型,并给出刚度评价指标。分析绳索张力与机构刚度的关系和可控刚度对整体刚度的影响,数值仿真分析得出腕关节机构的位姿结构刚度在工作空间中的分布规律。     

风洞层流风场中的WDPSS-8机器人系统的末端位姿偏移及补偿

基于ANSYS/CFX软件,比较研究WDPSS-8系统在几组不同风速的层流风场中,其所表现出的流固耦合效应的动静力特性及飞行器位姿的偏移值,并提出基于迭代法的飞行器模型位姿补偿方法.研究结果表明:只有在较高风速下,模型位姿才会发生偏移且超出定位精度,从而需要进行补偿,可采用迭代法调整绳拉力值实现位姿的补偿.     

带铰弹性开环多体臂架变位姿固有频率算法

针对多体泵车臂架作业中频繁位姿变换固有频率不易求解的问题,采用多体传递矩阵法建立四节臂架动力学模型,模型分为A和B 2个子系统,子系统A为第1节臂、支座油缸连接,子系统B为后3节臂、油缸连接。加入液压驱动油缸两端铰弹性的影响,进行整体模型封装分析4种常用位姿的固有频率,并在已有臂架实验台上进行实验验证。研究结果表明:采用多体传递矩阵法求解变位姿多体系统臂架固有频率避免了传统方法中重新设定计算的步骤,4种位姿加入铰弹性的固有频率均比理想铰降低且更接近实测值,为此类机械的变位姿频率计算和整车实时振动控制提供参考。     

薄壁零件铣削三维颤振稳定性建模与分析

以低刚度薄壁零件为研究对象,基于加工原理建立精确的铣削过程薄壁零件三维动力学模型,并在此基础上采用全离散解析法对颤振稳定域叶瓣图进行仿真分析及实验验证.结果表明:薄壁零件铣削加工系统的动态特性决定其动力学模型,铣削加工过程主轴转速与颤振临界轴向切削深度之间存在非线性关系,主轴转速对颤振稳定性影响较明显.当系统模态质量、阻尼比及固有频率增大时,颤振稳定性相应加强,同时叶瓣图形状分布随之改变.该理论模型对薄壁零件铣削加工过程切削参数的合理选择,表面加工质量和加工效率的提高具有一定指导意义.     

用中心流形与形式级数法研究超音速流中带外挂二元翼的稳定性

基于超音速气动力活塞理论,采用第二类拉格朗日方程建立了带外挂二元翼系统在超音速和超高音速气流作用下的动力学方程。针对外挂上带有立方非线性刚度的系统,研究了刚心位置和等效线性刚度对颤振边界的影响。采用中心流形和形式级数方法研究了颤振系统平衡点的稳定性,并采用四阶龙格-库塔方法计算了非线性气动弹性系统的响应,验证了理论分析结果的正确性。     

变刚度悬丝支撑微纳测头的结构参数优化与动态特性分析

构造了一种基于悬丝约束支撑的变刚度微纳测头。利用压电装置驱动柔性机构变形,改变悬丝所受的轴向张紧力及横向刚度,进而改变测头约束支撑机构的整体刚度。通过正交试验法优化测头的各项结构参数,确定最优尺寸。基于有限元方法,仿真验证测头的各向同性、灵敏度、固有频率及瞬态响应等性能。通过仿真得到测头刚度关于悬丝轴向伸长量的变化曲线,结果表明测头具有一定的变刚度性能。提出的变刚度测头丰富了现有测头的结构形式,研究成果对该类型结构形式的测头的实际应用奠定了前期基础。     

两端具有质量块弹性支撑悬臂梁振动特性研究

文章针对两端具有质量块弹性支撑悬臂梁,基于Euler-Bernoulli梁的基本假设,计入质量块的偏心距和转动惯量的影响,利用Hamilton变分原理建立了悬臂梁的运动微分方程和边界条件,获得了计算梁固有频率的特征方程、振型函数及其正交性条件。数值计算结果表明,考虑尖端质量块的偏心距、转动惯量可提高研究结构共振频率和振型的精确度;通过调整竖向平移弹簧刚度系数、转动弹簧刚度系数及尖端质量块质量,可以改变梁的固有频率和振型形状。     

变压器-套管体系地震响应的简化计算

地震响应不仅会加大变压器-套管体系的整体摆动,还会引起很大的顶部位移,这些因素均有可能造成套管的断裂破坏。为了合理反映地震作用下变压器-套管体系的振动机理和套管与变压器箱体之间的动力相互作用,快速而可靠的求出套管地震响应,基于振动台试验和有限元分析结果,通过将上部瓷质套管与根部法兰的连接以及箱壁面外刚度对升高座的约束作用等效为转动弹簧,建立了变压器-套管体系的带转动弹簧的3自由度简化模型,根据简化模型针对两处等效弹簧的转动刚度进行参数化分析,研究了弹簧刚度对套管响应的影响。结果表明:简化计算的地震响应和振动台试验实测数据基本吻合,验证了简化模型的有效性。研究结果为变压器结构的初步设计提供参考。     

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。     

基于系统固有频率的基层压实质量评价方法

为探讨公路基层压实过程中的压实质量评价方法,首先利用经典的“振动轮-压实体”力学模型,从理论上解析了系统的固有频率与刚度之间的关系,然后通过基层现场振动压实试验采集振动轮振动信号,利用信号分析与处理技术探求了系统固有频率与刚度（压实度）之间的规律。试验研究表明,系统的固有频率随压实次数的增加呈现先快速增大而后缓慢增长的趋势,这与压实度的增长规律类似。因此可以采用基于振动系统固有频率的变化来评价基层压实质量,为基层连续压实控制提供了一种技术参考。工程应用验证了该方法具有可行性与合理性。     

基于弹簧支撑的缓冲单元抗冲击性能研究

针对基于弹簧支撑的缓冲单元抗冲击性能研究较少的现象,以某试验缓冲平台为研究对象,考察基于弹簧支撑的缓冲单元的抗冲击性能,以最恶劣工况考核了缓冲单元的抗冲击性能。研究表明基于弹簧支撑的缓冲单元具有较好地抗冲击性能。通过分析弹簧刚度对缓冲性能的影响,得出弹簧刚度应在200~250 kN/m范围内选取。通过研究,为基于弹簧支撑缓冲结构的进一步设计提供指导。     

带附加气室空气弹簧力学特性参数试验

为了揭示带附加气室空气弹簧动力学特性,基于1T15M-2膜式空气弹簧建立了带附加气室空气弹簧力学特性试验测试系统,利用自由衰减振动的方法研究了簧上质量、节流孔直径、附加气室容积等因素对系统等效刚度、等效阻尼及固有频率等力学特性参数的影响.试验结果表明:在保持弹簧工作高度不变的前提下,增加簧上质量会增大弹簧等效刚度,但簧上质量的变化对弹簧的等效阻尼比和固有频率影响不大;随节流孔直径的增大,等效阻尼先增大后减小;在节流孔直径4～7 mm范围内,等效刚度和固有频率均由最大值迅速降到最小值;在附加气室容积小于主气室容积2～3倍范围内,增大附加气室容积有利于降低空气弹簧的等效刚度和固有频率;在节流孔有效作用下,再增大附加气室容积会明显增大空气弹簧等效阻尼比.