为了研究风力机叶片翼型颤振引发气动弹性失稳问题,本文从二维翼段的沉浮和俯仰运动出发,建立二元翼段结构动力学方程,结合频域气动力模型Theodorsen理论计算非定常气动力,建立二元翼段线性颤振模型。采用v-g法对该模型进行频域求解,得到颤振速度和相应的颤振频率。进一步分析了翼型的无量纲参数对颤振的影响,结果表明颤振速度随着质量比增大而增大。

针对现代飞机设计对于高效率、高精度飞行载荷分析的迫切需求,建立了面向飞机各设计阶段考虑静气动弹性效应的面元法飞行载荷分析方法,并以此为基础构建了飞机各设计阶段气动弹性优化框架,以加快各阶段的迭代,提高设计效率.概念设计阶段的气动力分析采用低阶面元法,可适应该阶段为确定气动外形参数范围所需的大量计算.初步设计阶段采用高阶面元法开展气动力分析,以兼顾求解精度和效率的需求.详细设计阶段的飞行载荷分析方法在基本面元法的基础上引入了外部高精度CFD气动力或试验气动力,以进一步提高飞行载荷的精度并兼顾求解效率.研究结果表明,所建立考虑静气动弹性效应的面元法飞行载荷分析方法具有较强的工程实用性,可以满足现代飞机各个设计阶段的需要.

为了控制超声速气流中壁板的颤振,在壁板上颤振变形较大的位置粘贴压电片,并连接负电容分流电路。利用负电容分流电路改变壁板弯曲刚度,从而提高壁板的颤振临界速度;有限元计算结果表明,负电容分流电路可以提高壁板的模态频率和颤振临界速度。随着负电容绝对值的增大并接近压电片固有电容,壁板颤振临界速度快速升高;非线性颤振计算结果也验证了负电容对壁板颤振控制的有效性。

通过对考虑静气动弹性影响的载荷设计中多种插值方法的研究与比较,对适用于三维情况下的气动和结构模型之间耦合计算时的载荷传递和位移插值方法进行原理分析和优劣比较,最终确定了曲面样条函数和形函数面积坐标加权两种数据传递方法,分别对其进行了公式推导与编程实现,并利用已有的算例模型计算得出的各项气动力数据调用程序进行插值计算,最后将插值前后的结果进行对比来验证程序的合理性。

基于结构刚度非耦合,设计了在扭转方向存在双线性非线性的全动舵面,并对其开展了数值仿真与风洞试验研究。用接触对模拟双线性非线性,基于CFD/CSD耦合建立了该舵面数值仿真模型,考虑了初始接触刚度、触点震颤和接触摩擦力等因素。结果表明:初始接触刚度变化,对数值模拟所得极限环幅值几乎没有影响;采用接触时间控制能够有效解决触点震颤,使流固耦合模拟过程数值稳定;接触摩擦力增大,数值模拟所得极限环幅值减小;数值计算所得极限环幅值随动压的变化规律与风洞试验吻合。

本研究以多级压气机为研究对象,应用ANSYS/CFX为数据耦合平台对压气机单通道模型进行流固耦合瞬态动力学分析,得到了流场压力及叶片振动的时域响应曲线。对叶片顶点位移进行敛散性及频谱分析,得到了判断多级压气机叶片颤振特性的方式。

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...

地面颤振模拟试验是指利用激振器模拟分布的气动力载荷,在地面获得飞行器结构颤振特性的一种半物理仿真试验技术。以全动舵面缩比模型为研究对象,通过对给定数目的传感器和激振器进行位置优化,获得降阶重构的时域非定常气动力模型;考虑激振器加载系统的动态特性,进行了地面颤振模拟数值仿真,并搭建地面颤振模拟试验系统,完成了半物理仿真试验;在试验中,采用H_∞鲁棒控制器解决了多个激振器与结构之间的动力学耦合问题。仿真结果表明,当不考虑激振器加载系统的动态特性时,预测得到的模型颤振边界偏保守;考虑激振器加载系统的动态特性后的时域数值仿真结果和半物理仿真试验得到的颤振边界吻合很好,证实了在地面颤振模拟试验中考虑加载系统动态特性的重要性。

光纤布拉格光栅是近些年新研制出来的一种用于测量应变、应力和温度等多个物理量的传感器,因其具有抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小和重量轻等特点,已经广泛应用到各个工程领域中。该文介绍了光纤布拉格光栅传感器基本原理以及目前在航空航天与民用工程中应用状况,进一步探讨其在风洞试验中设备测试的应用前景。

机翼气动弹性模型参数一般具有不确定性,为了定量分析参数不确定性对二元机翼颤振可靠度的影响,采用响应面法结合确定性颤振分析对其进行了研究。通过v-g法求解气动弹性运动方程的特征值,获得确定性颤振临界速度,建立描述机翼颤振可靠度的隐式极限状态函数,利用响应面法进行函数拟合。采用验算点法计算颤振可靠度指标,获得设计验算点以及失效概率,分析颤振可靠性灵敏度,从而确定参数变化对机翼颤振的影响程度。最后通过算例分析,得出考虑参数随机性影响的可靠度比确定性分析的可靠度提高了4%,证明本方法切实可行,为机翼结构的颤振分析与优化设计提供理论依据。