大展弦比机翼几何非线性气动弹性响应分析

采用UL格式,建立一种适用于结构大变形问题的高精度非线性动响应求解器;通过有理函数拟合,将频域气动力转化为时域下的气动力格式,以紧耦合的方式建立起结构-气动耦合关系。以某大展弦比机翼为例,进行气动弹性响应计算并做颤振分析,可准确预测临界颤振速度;几何非线性对气动弹性响应特性具有显著的影响。     

考虑大变形的大展弦比机翼气动弹性优化设计

针对大展弦比机翼飞机自身特点,在结构大变形情况下,将弹性力学几何非线性理论引入到大柔性飞行器的气动弹性力学分析中,建立完整的几何非线性气动弹性分析方法框架。该方法主要包含两方面:结构非线性刚度和曲面气动力的计算。结合优化设计,为了提高优化设计效率,针对迭代过程进行有效简化。基于ISIGHT优化平台,发展一种适用于初步设计阶段大展弦比机翼在大变形情况下的气动弹性优化设计方法,有效地避免了结构大变形情况下线性气动弹性分析造成的设计偏差。为了摆脱对初始设计点的依赖,结合局部算法,采用组合优化策略,开展了大展弦比机翼的几何非线性气动弹性优化设计,首先应用蚁群算法定位目标极值在设计空间中所处的区域,再应用直接搜索算法对该区域精确寻优,获得更加准确的设计结果。     

具有结构非线性的超音速翼面气动弹性分析

为分析超音速流中全动操纵面的非线性气动弹性特性,采用描述函数法计入操纵间隙引起的结构刚度非线性,用修正的活塞理论计算非定常气动力,并以龙格-库塔法按时间步推进运动方程,求解非线性系统的响应特性。某超音速小展弦比全动翼面的气动弹性响应分析结果表明,由于结构非线性的影响,在一定的速度范围内,系统响应出现极限环运动;且极限环幅值随来流速度的增大而增大;操纵间隙增大,极限环振荡的频率、幅值均增大。分析结果为飞行器的结构设计提供了参考。     

大展弦比机翼的非线性气动弹性缩比优化

针对几何非线性效应明显的大展弦比机翼,使用两种传统线性缩比方法(刚度和质量耦合下直接进行模态匹配与解耦刚度和质量后进行模态响应匹配的方法)与非线性的缩比方法对某大展弦比机翼进行了仿真计算与比较分析,得出传统的线性缩比方法得到的缩比模型与设计目标相差较大,非线性缩比方法误差较小,即非线性缩比方法更加适用于存在明显几何非线性效应的大展弦比机翼的结论。     

空间桁架几何非线性分析

编制了分析任意布置的桁架及几何非线性效应在静力作用下的位移和内力计算程序,进行了程序考核.验证了本文程序的可靠性.对于高耸、轻型结构,考虑几何非线性效应非常必要.     

大跨度拱桥气动弹性模型设计

气动弹性模型设计是桥梁模型风洞试验的先决条件．主要讨论了大跨度中承式拱桥的气动弹性模型设计问题,分析了不同横撑布置和抗弯刚度对模型设计的影响,指出不同的横撑刚度需要采用完全不同的方案设计．针对变截面空间拱,提出了利用将变截面空间投影变换到平面设计,然后将设计好的拱反投影到空间的方法,较好地实现模型设计．实例表明,该方法是有效的．     

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.     

大跨悬索桥的几何非线性分析

从更改的拉格朗日列式法导出的几何非线性方程出发,对于缆索采用具有较小抗弯刚度参数的梁单元,对悬索桥的施工过程及使用阶段进行了全过程的几何非线性分析,绘制了完整的Ｐ－δ曲线。     

太阳能无人机能源系统参数的敏度分析

通过对太阳能无人机驻空过程中4个典型飞行阶段的特点分析,总结相应的功率变化模型,并通过分析此模型获得所需功率与质量、功率因子、展弦比密切相关的结论,并进一步分析了这三者对太阳能无人机的能源系统及整体设计的影响.通过对功率因子随攻角变化规律的分析研究,获得了满足飞行能量需求的攻角变化范围;考虑能量平衡,对太阳能无人机各子系统质量以及整体质量进行建模,分析翼展和展弦比对质量的影响,同时讨论了储能电池和太阳能电池质量对功率需求的影响.结合上述分析得出结论:随着翼展的增大,太阳能无人机所需功率有所增大;当翼展一定时,随着展弦比的增加,所需功率有所减小.     

计入结构几何非线性影响时斜拉桥可靠度分析

应用响应面法,考虑斜拉桥的几何非线性效应以及材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性,分析了斜拉桥正常使用极限状态下的可靠度,研究表明响应面法是求解斜拉可靠度的有效方法,不计入几何非线性,结构计算结果偏于不安全,因而,在斜拉桥的可靠度分析中有必要计入结构几何非线性的影响。     

机翼风洞试验模型CFD静气动弹性修正研究

在低速增压风洞和跨声速风洞中,变雷诺数试验常用增压来实现。速压变化带来弹性变形的不同,造成伪雷诺数效应,其影响与雷诺数效应在同一量级。数值模拟了F4机翼在某低速增压风洞中的变雷诺数和变迎角试验。研究了其静气弹效应随迎角和风洞试验速压的变化规律。论证了对于风洞试验静气弹变形造成的伪雷诺数效应采用CFD方法修正的可行性。结果表明:对F4这种金属材料的中等展比后掠机翼,沿展向挠度和剖面扭转角等变形参量与迎角呈正相关。但迎角越大,增长幅度越小。随风洞试验速压也是正相关增长,但是等幅线性的。结合CFD技术进行风洞静气弹修正的方法是可行的。未来在如NASA研制的"太阳神"飞机等大展弦比、大柔性飞机的设计和风洞试验修正中将得到广泛应用。     

Wind tunnel study on wind induced vibration of middle pylon of Taizhou Bridge

Full aero-elastic model tests are carried out to investigate wind-induced vibration of middle steel pylon of Taizhou Bridge. Model of the pylon under different construction periods is tested in both uniform and turbulent flow field. And the yaw angle of wind changes from transverse to longitudinal. Through full aero-elastic model testing, wind-induced vibration is checked, which includes vortex resonance, buffeting and galloping. Vortex resonance is observed and further studies are carried out by changing damping ratio. Based on wind tunnel testing results, wind-resistance of middle pylon is evaluated and some suggestions are given for middle pylon’s construction.     

超高层建筑通用气动弹性模型设计

设计制作了一外形和动力特性在一定范围内可调的超高层建筑多自由度气动弹性模型,通过调节结构,它可模拟不同外形、刚度、质量、振型等参数的超高层建筑,对此模型进行了一系列的风洞试验,并将其试验结果与高频测力天平试验结果进行了详细比较,得到了满意的结果,此通用模型,可用于其它超高层建筑的抗风研究。     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

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。     

风速对小型旋翼无人机螺旋桨的影响分析

为研究风速对小型旋翼无人机的气动特性的影响,在中国民航大学风洞试验室模拟不同来流下无人机的飞行状态,通过动力测试系统测量螺旋桨的拉力、扭矩、系统效率、桨力效等参数,并分析了风速对螺旋桨性能参数的影响。并进行了计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟,计算了T-MOTOR直径558 mm的碳纤维螺旋桨,并与试验结果进行对比验证模型的有效性。通过试验与数值模拟分析风速影响下小型旋翼螺旋桨不同风速与不同转速的参数变化。结果表明,数值模拟与风洞试验具有一致性,其中扭矩误差在5%以内,拉力误差在13%以内,且风速对小型旋翼无人机动力系统参数具有极大的影响,对无人机飞行的安全性具有严重的威胁。通过研究可为小型旋翼无人机的优化与风速对适航安全提供参考。     

气动－声学风洞热交换器的气动噪声研究

为了评估矩形翅片椭圆管热交换器的声学性能,用传声器在模型风洞中分别测量5个风速下热交换器进出口声学特性.通过试验发现,在所测量风速下,热交换器自身产生的气动噪声大小约为8.9～10.7dB,其能量主要集中在中低频.相同管排数下漩涡脱落频率随迎面风速呈线性增加,表明对于给定热交换器存在1个不变的斯托拉哈尔数.     

改进CR列式法及在几何非线性分析中的应用

在结构等效外荷载计算、单元杆端抗力向量计算及单元轴向变形方面对传统的CR列式法进行了改进。利用MATLAB数学分析软件编制相应分析程序,并通过算例分析比较表明方法具有迭代收敛速度快、计算稳定,精度高的特点。