气动弹性研究的新进展

 本文概述近年来国内气动弹性研究的若干新进展。主要包括,跨音速非定常空气动力计算,航空结构动力分析系统H AJIF-Ⅱ及其应用,飞机结构多约束优化设计系统YIDOYU-Ⅰ,外挂物颤振的试验研究,以及颤振主动抑制。     

高速歼击机的气动弹性分析

 本文扼要介绍了飞机设计中气动弹性分析方法的几个主要方面。包括,颤振最佳化设计、考虑颤振约束和弹性方向安定性导数约束的参数优选计算、非定常空气动力计算、空气动力导数的弹性修正以及风洞模型试验。对于计算方法,根据实践作了初步评价。本文还介绍了常见的各种颤振型式。     

模态综合的直接变换法

基于固定界面模态综合的Craig-Bampton方法,提出了模态综合的直接变换方法,该法在形式上更简洁,适用于大规模动力学系统的模态分析和动力学模型减缩。对采用直接变换法模态综合过程的计算误差做了分析,给出了计算误差界,阐明了模态综合后总体结构的固有频率与子结构保留主模态个数之间的关系。针对子结构界面自由度太大的情况,提出了直接变换法的分部算法,不需组集系统总刚度、总质量矩阵,仅在子结构的基础上完成系统的减缩。计算实例表明该算法的有效性及计算的稳定性。     

整机瞬态动力特性计算及稳定性分析

采用子结构传递矩阵—模态综合法研究了航空发动机整机的瞬态动力特性及稳定性。分析了各种因素（突加不平衡大小及位置、转速、油膜间隙等）对瞬态响应和稳定性的影响规律，得到一些有价值的结论。     

复合材料翼面结构的自振和颤振分析及优化设计

 建立复合材料翼面结构的有限元静力分析模型。采用柔度方法作静力模型到动力模型的转变,进行结构固有特性分析,并研究了频率约束下的优化设计。运用亚音速马蹄涡——振荡偶极子格网法计算了谐振翼面的三维非定常气动力,并对两种真实翼面进行了颤振分析,结果令人满意。推导了非定常气动力和颤振响应参数对设计变量的导数,研究了颤振约束下的优化设计。     

考虑颤振和突风响应的飞机刚度设计方法

介绍了飞机气动弹性安全性指标——颤振和舒适性指标——突风响应;探讨了飞机飞行品质的舒适性概念;结合飞机工程设计,提出了考虑气动弹性安全性和舒适性的飞机刚度设计方法,给出了一个大展弦比、后掠机翼的刚度设计。算例结果表明,在满足颤振包线的前提下,采用该设计方法使得机翼刚度水平提高了28%,突风响应加速度减小了12.5%,舒适度提高了14.88%。说明在满足颤振安全要求的前提下,通过考虑舒适性的突风响应迭代计算,可以降低飞机突风响应加速度,从而提高飞机的乘坐舒适度。     

针对局部非线性问题的混合坐标模态综合法

非线性动力系统模型的计算效率问题是结构动力学领域中的重要研究课题。提出了一种针对局部非线性问题的混合坐标自由界面子结构模态综合方法。根据局部非线性系统的特点,将结构按照线性部分与非线性部分进行分割。线性部分子结构可以通过模态坐标转换到模态空间。在对线性部分进行减缩的过程中考虑了剩余柔度的影响,并通过构造一组与低阶模态关于系统矩阵加权正交的向量组,解决了子结构含有刚体模态时剩余柔度矩阵无法计算的问题。非线性部分子结构则保留原有的物理坐标。通过界面协调关系,采用自由界面方法得到系统混合坐标综合方程。最后,通过数值算例验证了所提出方法的有效性。     

一种高安全性颤振边界预测方法

传统的颤振试飞主要通过计算多个不同飞行状态下的阻尼比,外推出颤振临界速度,该方法存在一定的风险。为此,发展了一种基于亚临界响应的高安全性颤振边界预测方法。该方法利用三维弹性机翼在气流中的一个亚临界响应,解算出作用在机翼上的非定常模态气动力系数。通过系统辨识获得与动压无关的非定常气动力模型,进一步通过流固耦合分析求解颤振临界特性。并以AGARD 445.6机翼的颤振边界预测为例,在仿真环境中验证了该方法的可行性。在此基础上,进一步研究了一个固定马赫数下响应测试动压与颤振临界动压的比值对预测精度的影响。     

带结构刚度非线性的全动操纵面跨音速颤振特性研究

主要的研究工作是建立了以三维非定常N—S方程为主管方程的计算非定常气动力的高效计算方法，采用颤振方程和N—S方程耦合求解，时间推进的方法计算结构响应特性。发展了一种对既带有结构非线性又含有气动非线性的多重非线性的复杂颤振系统响应特性的分析方法。对全动操纵面转轴带有硬弹簧和间隙型非线性刚度的颤振系统进行了分析，计算结果表明这类系统具有复杂的极限环特性。     

3-D有限元转子系统动力减缩的部件模态综合方法及应用

为了对3-D有限元转子模型进行动力学减缩,提出基于部件模态综合的旋转子结构方法.该方法利用实模态振型矩阵减缩子结构自由度,不同转速下的减缩陀螺矩阵由转速系数乘以单位转速的减缩陀螺矩阵得到.与复模态减缩相比,避免了重复求解变换矩阵的缺点,减缩精度优于基于Guyan减缩的旋转子结构法.利用该方法减缩了某航空发动机转子模型87%的自由度数.经比较,由Campbell图所得临界转速的最大误差为0.04%,稳态不平衡响应计算结果与原模型也几乎完全相同,使用的内存和计算时间均不到原模型的20%,验证结果证明该方法可行.      

超声速机翼—尾翼组合体的非定常气动力边界元法

本文以Ｇｒｅｅｎ函数为基础的边界元，应用时间历程法，计算机翼－尾翼组合体的非定常气动性能。这为飞行器的设计及其非定常气动我分析提供了一种有效和完善的计算方法，本文介绍的方法，特别适用于研究、分析各类飞行器非定常动态响应过程的数值计算，例如飞机对突风动态响应等对突风动态响应等。本文提供的三维机翼的超声速启运过程非定常气动力数值结果，与Ｌｏｍａｘ理论解作了比较，可以看到吻合得很好，说明本文所使用的方法     

超声速机翼—尾翼对突风动态响应的数值方法

本文以Ｇｒｅｅｎ函数为基础的边界元法，结合时间历程法，计算机翼－尾翼组合体对突风动态响应的气动性能。本文介绍的方法，特别适于研究、分析各类飞行器非定常动态响应，为飞行器的设计及其非定常气动特性分析提供了一个行之有效的计算方法。编制的计算程序快捷、精度好。本文提供了单个机翼对突风动态响应的几个算例，有的与Ｌｏｍａｘ解进行了比较，吻合得很好，说明本文所使用的方法是可行的，程序是成功的。对于机翼－尾翼组     

超声速机翼－尾翼对突风动态响应的数值方法

本文以Ｇｒｅｅｎ函数为基础的边界元法，结合时间历程法，计算机翼－尾翼组合体对突风动态响应的气动性能。本文介绍的方法，特别适于研究、分析各类飞行器非定常动态响应，为飞行器的设计及其非定常气动特性分析提供了一个行之有效的计算方法。编制的计算程序快捷、精度好。本文提供了单个机翼对突风动态响应的几个算例，有的与Ｌｏｍａｘ解进行了比较，吻合得很好，说明本文所使用的方法是可行的，程序是成功的。对于机翼－尾翼组合体的数值结果，则进一步提供了尾翼受机翼洗流影响的过程。     

弹性飞机结构动载荷应用研究

民用、军用飞机结构设计规范要求对于弹性飞机必须采用动态分析方法确定结构各部分的飞行载荷,分析中须计及飞机的气动力(非定常、定常)、结构动力(弹性力、惯性力)与飞行控制系统之间存在的耦合。文中对实际飞行中升降舵机动、升降舵自动驾驶遭遇突风情况下机体结构动力响应进行了计算分析,探讨结构动载荷预计中的建模技术,评估了舵面激励对弹性飞机动载荷的影响,对飞行状态中飞机动载荷分析相关工作有借鉴意义。     

某全机跨声速颤振模型颤振特性仿真与试验验证

针对某全机结构相似跨声速颤振模型,进行了有限元(FEM)模型结构模态分析和偶极子网格法(DLM)法颤振计算以及CFD方法的跨声速颤振特性仿真。在FL-26风洞中完成了跨声速颤振风洞试验。通过试验结果与仿真结果的相关性分析,验证了一种全机复杂耦合的颤振形式。通过对基于N-S方程的跨声速颤振仿真程序进行评估与验证,证实在飞机非定常CFD仿真上取得了进展并且具有足够的精度。综合CFD仿真与跨声速颤振风洞试验,可以对全机复杂耦合的颤振特性进行工程颤振设计。     

复合材料大展弦比机翼动力学建模与颤振分析

新一代航空结构广泛采用复合材料，对复合材料机翼的气动弹性工程化建模和分析是飞机设计的重要任务。应用气动弹性分析理论和方法，对复合材料大展弦比机翼进行了结构有限元建模、模型修正、固有振动特性计算、部件发散与颤振工程分析。本文使用MSC／NASTRAN软件，在复合材料大展弦比机翼的初步静力分析模型基础上，依据结构图纸、相关试验结果反复修改得到合理的机翼结构动力学有限元模型，固有振动计算中采用动力减缩方法消除局部模态并提高计算精度，采用亚音速偶极子格网法求解非定常气动力，并对单独机翼进行了发散和颤振计算分析。     

叶型厚度参数与压气机转子叶片颤振关联性研究

采用计算流体力学与结构动力学相结合的方法,数值模拟了大负荷弯掠扭组合叶片非定常粘性流场;通过对叶片表面非定常气动力及其所做非定常气动功的计算分析,采用能量法对叶片颤振与否进行预估判断。在气动设计满足设计要求的基础上,小范围调整大负荷弯掠扭组合叶片的最大厚度分布和最大厚度相对位置分布,并分别进行颤振预估计算。结果表明,最大厚度分布和最大厚度相对位置分布对颤振影响明显。在最大厚度相对位置分布相同的情况下,均匀减薄叶片,会使一阶动频减小,积累功率增大,颤振发生的可能性增大。研究结果对叶轮机颤振机理研究具有一定的参考意义。     

具有随机不确定性的机翼颤振优化

针对不确定性参数在颤振优化分析中的影响,提出了一种含颤振约束的、具有随机不确定性的机翼气动弹性优化设计方法.在MSC.NASTRAN平台上建立了结构的动力学模型、采用ZAERO程序进行了非定常气动力计算与颤振分析,用响应面方法计算了隐式失效功能函数,以重量最小为设计目标,对包含颤振概率约束的复合材料机翼进行了优化设计....     

小展弦比压气机转子叶片颤振研究

针对小展弦比压气机转子叶片特点,在能量法计算基础上提出了两种颤振评判方法,即首先利用结构动力学分析结果对叶片频率分离度、振型和共振进行分析,判断某压气机小展弦比转子叶片存在高阶耦合颤振的可能;然后将结构动力学得到的振动位移插值到气动网格上,进行三维非定常黏性流场计算,得到非定常气动功,判断叶片是否存在失速颤振的可能.最后综合利用两部分分析结果和试验及断口分析情况,综合给出该小展弦比压气机叶片因失速颤振和耦合颤振共同作用,导致叶片在短时间内出现了裂纹.      

航空发动机减速系统的动力分析

以某型航发减速传动系统为研究对象 ,针对齿轮啮合传动系统的结构特点 ,把子结构分析法和结构动力修改再分析结合起来。综合时 ,从结构修改的观点出发 ,来考虑各子结构对接界面上的对接条件 ,认为综合系统是各子结构无耦合时系统的一个结构修改 ,从而求得整个结构系统的动力特性。既保留了子结构分析法优点 ,而处理子结构间的对接条件比子结构分析法更方便。