针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分(Proportional integral derivative,PID)控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。

为满足地面颤振模拟试验中气动力计算的实时性以及插值点数量要求,提出一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的非定常气动力重构方法。首先,通过模态激励的方式建立广义坐标下的气动力降阶模型(reduced order model,ROM),提高气动力计算效率;然后,利用提出的物理坐标与广义坐标物理量的转换关系将模型转换至物理坐标下,并基于优化算法对插值点进行缩聚处理;最终,采用标准模型AGARD445.6对建立的非定常气动力进行仿真。分析结果表明,基于重构的气动力模型获得的颤振边界与计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamic/computational solid dynamic,CFD/CSD)直接耦合及风洞试验结果吻合较好,证实了该方案的可行性。