运输类飞机弹性体和刚体离散突风动载荷比较分析

各类适航规范都要求在突风动响应载荷计算中考虑飞机弹性模态的影响,而弹性体和相应的刚体飞机的突风动响应载荷计算之间存在着紧密的联系。为了研究这2种计算方法间的区别和联系,首先对突风载荷计算理论基础进行了分析,然后结合某型常规布局飞机载荷计算数据在数值结果方面进行了进一步的比较分析。分析结果表明,对此常规布局飞机而言,弹性体飞机突风动响应载荷主要表现为刚体模态响应载荷和弹性体模态响应载荷的线性叠加,广义气动力矩阵中刚体模态和弹性模态耦合的存在不会引起太大的畸变;弹性模态对惯性载荷影响较大,而对总气动力载荷的影响则较小。     

弹性飞机空投载荷设计技术

飞机进行货物空投是进行飞行载荷设计时所需考虑的机动之一,现有的空投载荷设计方法主要是基于刚体飞机运动方程建立的,尚不能解决弹性飞机遭遇阵风时的货物空投载荷设计问题。为了提高空投载荷设计精度,考虑了飞机的弹性振动自由度,提出了弹性飞机遭遇阵风时的货物空投动响应和结构载荷分析方法。对弹性飞机空投动响应分析的主要难点为线性时变系统的动力学建模:基于稳定基底法,推导了弹性飞机货物空投动响应一般运动方程;采用最小状态(MS)法对频域气动力进行有理函数拟合;利用混合建模方法对时域离散阵风激励进行计算。对弹性飞机单件重装货物空投进行了仿真,重点分析了货物对载机地板的作用力和机翼的受载。仿真结果表明,本文提出的弹性飞机货物空投动响应分析方法可以很好地反映飞机的空投受载情况,能够作为弹性飞机空投载荷设计的手段。     

基于数值模拟的气动载荷计算方法研究

飞机气动载荷的获取一般要根据多项实验结果,经过飞行参数的仿真模拟,实验结果的处理等过程才能获得,而在飞机的初步设计阶段不可能进行大量的实验,但需要计算飞机的载荷和寿命.本文提出了一种利用数值模拟来确定基本气动载荷的方法,对于偏副翼的情况,用工程计算方法获得偏转引起的附加量,加到基本气动载荷上得到偏副翼时的气动载荷,该方法已用于某飞机型号设计.     

大型水陆两栖飞机突风响应特性的程序化设计

现代飞机设计过程中,要考虑飞机遭遇突风时不同部位的动态突风载荷特性.根据大型水陆两栖飞机的设计要求,制订离散突风和连续紊流的分析流程,研究离散突风和连续紊流响应特性的程序化设计方法,并计算飞机各部位的单值载荷包线和组合载荷包线.程序化设计结果表明,大型水陆两栖飞机遭遇突风或紊流时,机体动态载荷量级与静载荷相当,且设计效率大大提高.研究结果为大型水陆两栖飞机的突风载荷设计提供了依据.     

分布式非线性气动力模型弹性飞机动力学研究

建立了线性与非线性两种分布式气动力模型,在弹性飞机模型上添加所建立的气动力模型,验证了整个系统的有效性。对所建立的模型进行着陆及突风扰动动力学仿真,对比线性及非线性气动力模型的飞机动力学响应的差异,结果表明非线性气动力模型能够更合理地计算飞机大迎角状态下的气动载荷及动力学响应。     

民用飞机控制律对俯仰机动平尾载荷影响分析

针对中国民用航空规章第25部25.331(c)条规定的两种俯仰机动情况（非校验机动和校验机动）,本文首先对两种俯仰机动条款进行理解,然后对比分析了中国民用航空规章第25部与欧洲的适航认证规范对校验机动情况存在的差异,最后对两种俯仰机动考虑控制律前后分别进行机动仿真计算,进而对飞机响应及平尾载荷计算结果进行对比分析。 计算分析结果表明：1）考虑控制律后,飞机舵面偏度变化较大,进而导致整个机动过程中飞机响应姿态以及最后的机动载荷变化较大;2）对于急剧移动操作器件的非校验机动,考虑控制律后飞机的响应姿态有所缓减,最后导致平尾载荷有所降低;3）对于相对缓慢移动操作器件的校验机动,考虑控制律后飞机的响应更为剧烈,最后导致平尾载荷有所增加。     

斜突风载荷分析方法研究

建立T-尾飞机的斜突风模型,将其分解为垂直和侧向两个方向的突风分量,根据线性飞机系统突风响应载荷与突风激励成线性关系的特征,利用垂直离散突风和侧向离散突风响应分析分别求得斜突风两个分量在平尾上产生的响应载荷,通过斜突风载荷分析方法得到各种工况斜突风载荷的最大值和最小值及与之对应的斜突风方向角φ。     

飞机全动式鸭翼载荷飞行测量技术

根据现代鸭式飞机结构特点及载荷飞行实测要求,提出了在鸭翼大轴外缘选择一个剖面进行测载应变计改装的方法,并采用不同侧应变计以特定方式组成惠斯通电桥,以达到某种应变电桥只对与其对应的载荷敏感,而对其他载荷响应较小的目的,从应变响应上对鸭翼的弯矩、扭矩和剪力载荷进行机械解耦。在载荷校准试验中,左右鸭翼同时对称向上施加校准载荷,利用飞机重量和后机身托架即可平衡加载载荷引起的飞机移动和转动,不需要对飞机进行复杂的约束和固定。通过对校准试验数据的分析,采用多元线性回归方法,建立了鸭翼载荷模型,并对载荷模型进行了验证。选取典型试飞状态,对各种机动情况下鸭翼实测飞行载荷进行了分析研究,给出了鸭翼主要的严重受载状态。     

一种基于随机优化算法的民用飞机突风动载荷重建方法

民用飞机突风载荷的准确重建对于飞行安全具有十分重要的意义。基于随机优化算法,提出一种突风动载荷重建方法。首先,基于频域气弹耦合方程,建立一个突风动载荷时域分析模型,其次,引入Hicks-Henne 型函数进行突风速度场的参数化建模,在此基础上,基于随机优化算法对各型函数参数进行迭代寻优,使得优化目标值与测量值一致,最终得到重建后的突风速度及对应的动态响应及载荷。最后,以GTA 模型经历1-cos 形状突风为例进行数值仿真。结果表明：本文提出的突风动载荷重建方法可有效实现突风速度场的识别,进而完成突风动载荷的重建;针对本文算例,过载最大误差为3.5%,载荷最大误差不超过1%。     

基于非线性气动力的飞机飞行载荷计算

为了研究气动力非线性对飞机静气动弹性特性及飞行载荷的影响,发展了一种基于非线性气动力的飞机静气弹及飞行载荷计算方法。通过引入CFD计算结果,实现对线性方法中的气动力影响系数矩阵的非线性修正,采用模态法求解静气弹配平方程得到飞机非线性的气弹变形及飞行载荷。以某翼身组合体构型为计算算例,分别针对刚性模型和柔性模型,基于非线性气动力完成了飞机静气动弹性分析及载荷计算,并与线性结果进行了对比分析。结果表明,非线性方法可对大迎角范围内飞机静气弹变形及飞行载荷做出较合理的预测。     

Aeroelastic dynamic response of elastic aircraft with consideration of two-dimensional discrete gust excitation

Design loads generally require a one-dimensional discrete gust profile without consideration of the spanwise effect, and this profile cannot represent the true gust field exactly. For a high aspect ratio aircraft, two-dimensional gusts may cause critical load conditions, and approaches for calculating dynamic responses under two-dimensional discrete gust excitation are rarely presented. In this paper, a spanwise non-uniform vertical discrete gust field is established based on a one-dimensional ‘1-cos’ gust profile in reference to a DARPA proposal, while frequency and hybrid approaches to the dynamic response analysis of flexible aircraft under this two-dimensional gust excitation are presented. Solution techniques have been applied to a high aspect ratio aircraft to assess the different response characteristics with a comparison between one-dimensional and two-dimensional discrete gust field conditions. The results show that the two-dimensional discrete gust model produces a higher bending moment than that of the one-dimensional condition. Therefore, the critical load conditions that are derived from the two-dimensional discrete gust for high aspect ratio aircraft should be seriously considered. According to the analysis, an active control scheme to alleviate the bending loads caused by the two-dimensional gust is designed, and alleviation effects in different gust conditions are compared.     

基于自适应随机优化的连续阵风关键载荷预测

连续阵风载荷是构成民用飞机设计工况的主要载荷之一，在设计阶段，任意一轮的模型更新都涉及到上万种载荷工况的计算，然而其中仅个别工况构成载荷包线，需进行强度校核。为此发展了一套阵风关键载荷的快速识别方法。首先，采用二水平全因子（2LFF）采样获取得到初始计算工况，基于已计算得到的载荷值，结合多元自适应回归样条（MARS）建立一个可靠的代理模型；然后，在此基础上，开创性地应用自适应随机优化技术，实现对阵风关键工况及载荷的主动搜索；最后，以适航条款规定的侧向连续阵风载荷进行方法验证及参数影响研究。计算结果表明，本文建立的方法可以高效且准确地实现连续阵风关键载荷的预测，针对本文算例，关键载荷的预测值与基准值相比误差小于1%。     

飞机连续阵风载荷计算方法应用研究

描述了连续阵风载荷计算的方法及其应用。在紊流气动力、结构振动附加气动力、弹性力及惯性力的耦合作用下,通过在频域内联立求解结构振动方程,获得了响应量(位移、载荷)的频响函数。并依据民用飞机适航条例要求进行了垂向阵风载荷计算。     

Gust response analysis and wind tunnel test for a high-aspect ratio wing

A theoretical nonlinear aeroelastic response analysis for a flexible high-aspect ratio wing excited by harmonic gust load is presented along with a companion wind tunnel test. A multidisci-plinary coupled numerical calculation is developed to simulate the flexible model wing undergoing gust load in the time domain via discrete nonlinear finite element structural dynamic analysis and nonplanar unsteady vortex lattice aerodynamic computation. A dynamic perturbation analysis about a nonlinear static equilibrium is also used to determine the small perturbation flutter bound-ary. A novel noncontact 3-D camera measurement analysis system is firstly used in the wind tunnel test to obtain the spatial large deformation and responses. The responses of the flexible wing under different static equilibrium states and frequency gust loads are discussed. The fair to good quanti-tative agreements between the theoretical and experimental results demonstrate that the presented analysis method is an acceptable way to predict the geometrically nonlinear gust response for flex-ible wings.     

弹性飞机阵风减缓研究

阵风响应减缓可有效抑制飞机由于离散突风和紊流引起的附加过载。以某民机为研究对象,基于飞机结构动力学方程和非定常空气动力学模型,建立弹性飞机在突风作用和控制面偏转联合激励下的开环气动弹性方程。引入坐标变换,建立飞机刚体模态对应的广义坐标与飞行动力学运动变量之间的关系,从而实现气动弹性方程与飞行动力学方程的融合。并以副翼和升降舵为突风减缓控制面。采用俯仰角速率,翼尖加速度和质心加速度作为反馈信号,针对连续突风和离散突风,分别设计相应的控制律。仿真结果表明,减缓系统对翼尖过载、翼根弯矩具有较好的抑制能力。     

飞机结构疲劳试验载荷的优化设计

提出用对载荷误差求极值的方法实现最小误差控制的试验载荷计算,并通过精度加权系数综合控制误差的合理分配,完成试验载荷的优化设计。该方法已经应用于某型飞机疲劳试验的试验载荷计算,为该机全尺寸疲劳试验的成功奠定了基础。     

多发螺旋桨飞机动力失速动态特性理论计算方法研究

本文针对多发螺旋桨飞机的特点,推导出用于分析多发螺旋桨飞机动力失速动态特性的计算方程,并用此方程研究了此类飞机带动力的失速动态特性,计算结果与飞行结论相符。 文中提出的理论计算方法,较全面地考虑了螺旋桨飞机所特有的动力效应,因此较准确地反应了多发螺旋桨飞机的动力失速特性。所以,它除了能分析多发螺旋桨飞机的动力失速外,对于研究飞机动力失速的全数字实时仿真和研究失速/尾旋飞行模拟器也有一定的参考价值。     

基于直接力控制的阵风响应及阵风减缓研究

考察某无人机模型的阵风气动响应特性和基于直接力操纵的阵风减缓效果.在求解非定常Euler方程时引入“网格速度”方法模拟阵风边界条件,通过动态嵌套网格技术实现舵面运动.首先对NACA0006翼型迎角阶跃型阵风的气动力响应进行了验证计算,计算结果与理论结果、文献计算结果吻合良好.在此基础上对某无人机模型在迎角阶跃型、One-minus-cosine型阵风作用下的气动力响应过程进行了数值模拟,并分析评估了不同舵面运动方式对飞机气动性能的影响.最终研究比较了不同舵面运动方式下阵风气动响应的减缓效果.结果表明:通过合理设计舵面运动,可以有效达到抑制阵风引起的非定常气动干扰的目的.