机翼的气动弹性直接关系着飞行的安全与稳定,有关气动弹性的研究对于提高飞机的性能十分重要,国内外的专家学者为此做了大量的研究工作。本文对国内外机翼气动弹性的研究工作从结构模型、气动力模型、分析方法等方面进行了简单的总结和评述,特别是关于机翼颤振方面的研究,并提出了未来分析机翼气动弹性可能的发展方向和一种新思路。

提出一种基于气动弹性的风力机叶片气动与结构性能研究方法,并以此计算了某1. 5 MW叶片性能。结果表明:在较大风速情况下,气动弹性对叶片气动与结构性能有显著影响,应用该方法可对叶片设计进行有效修正。

吸气式高超声速飞行器是当前航空航天领域研究的热点,该类飞行器通常使用超燃冲压发动机作为推进系统,并采用一体化设计方案,带来了一系列的气动弹性问题。首先阐述了吸气式高超声速飞行器机体/发动机一体化建模研究进展;随后介绍了热气动弹性/推进耦合、控制系统耦合以及不确定性分析等方面的热气动弹性动力学研究进展,并对相关热气动弹性试验研究进行了分析;最后对吸气式高超声速飞行器的热气动弹性问题提出了若干研究建议。

针对飞行器工程型号发展中的气动结构优化设计需求,提出和讨论了一种气动结构串行优化策略,将气动结构耦合优化问题分解成了气动外形优化和多工况下保持巡航气动性能的结构尺寸优化两个串行子问题。基于自研工具和商业软件MSCNastran建立了全自动的面向工程应用气动结构串行优化能力。开展了CRM-WB和HIRENASD机翼气动结构优化设计,同时取得了减阻和减重收益。结果表明所提策略具备一定的工程实用性,可在某种程度上解决飞行器型号发展中的气动结构优化设计需求。

针对大型飞机复合材料机翼,发展了一种考虑壁板刚度匹配的气动弹性优化设计方法。基于敏度算法,以结构质量最小化为目标,以壁板刚度匹配、颤振速度、翼尖变形、设计许用值、工艺性等为约束,在严重载荷状态下设计复合材料机翼结构,研究不同壁板刚度匹配要求对于优化设计结果的影响,并与传统优化设计结果进行比较。结果表明:考虑壁板刚度匹配需要付出一定的结构质量,但对局部稳定性设计、损伤容限设计和大型复合材料壁板制造有利;壁板刚度匹配设计范围对于优化设计结果影响显著,需要根据设计和制造要求合理确定;压缩设计许用值是影响复合材料机翼气动弹性优化设计的关键约束。

基于Generalized-α算法，推导得出了基于co-rotational（共旋）有限元格式的三角形平板壳结构非线性动力学近似能量守恒算法，该算法在每个时间步长内使用动力学平衡方程预估-校正迭代方法来保证算法的稳定性。结合计算流体力学方法（CFD）和松耦合求解策略发展了薄壳结构非线性气动弹性求解方法。采用本文所述方法，针对Prandtl平板连接翼结构，对其在两种不同飞行条件下的瞬态响应进行了仿真。当攻角为正且动压较大时，连接翼的响应出现了三个振动平衡位置，并且达到静气动弹性平衡时其变形为弦向低头展向向下弯曲;当攻角为正且动压较小时，连接翼的振动响应只出现了一个平衡位置，且其静气动弹性变形构型为弦向低头展向向上弯曲。仿真结果表明，连接翼结构的气动弹性响应较一般单翼更为复杂，因此，在结构设计过程中需要采用高保...

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。

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。

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。