长直机翼的颤振及混沌运动分析

采用非定常气动力并考虑几何非线性的影响,建立了长直机翼的气动弹性运动方程。运用伽辽金法对方程进行离散,通过数值模拟研究了机翼的颤振特性及混沌运动。结果表明:考虑几何非线性后,出现极限环振动的初始点与线性预测结果基本一致;不同机翼模型,机翼振动从收敛到混沌的过程不同,可由单个极限环振动经拟周期运动进入混沌,也可以由单个极限环到拟周期运动,再回到单环振动,然后经极限环的周期倍化进入混沌状态。     

方向舵蒙皮的壁板颤振分析

针对某飞机出现的方向舵蒙皮壁板颤振故障引发的振动疲劳裂纹问题，进行了相关的分析计算和修改方案。利用MSC．NASTRAN软件，建立了计算壁板颤振的有限元模型，取前15阶固有振动模态构建模态坐标系下的颤振方程。选用ZONA51超声速气动力计算程序分析壁板的气动力，采用空气密度折半的方法来模拟壁板单面承受气动力的情况。计算结果表明，方向舵蒙皮发生了壁板颤振。通过对方向舵蒙皮结构修改方案的进一步分析，表明修改方案能够满足壁板防颤振设计的要求，并且具有相当大的安全裕量。     

某型飞机操纵面间隙非线性颤振时域分析

操纵面间隙作为一种常见的结构非线性,是由飞机设计、制造、装配等众多环节产生,有可能引起极限环振荡（LCO）。极限环振荡通常表现为等幅振动,如果其振幅过大,也会影响机体结构完整性,引发结构失效。本文对操纵面间隙非线性颤振的时域分析方法进行研究,采用时域分析方法计算某型飞机的非线性颤振响应,并与频域描述函数法计算结果进行对比分析。结果表明：极限环振荡的临界速度和频率基本一致,时域分析方法能够准确计算全机操纵面间隙的非线性颤振临界速度,用来预测操纵面的极限环振荡是可行的,可以将其作为民用飞机适航符合性验证的理论分析方法之一。     

从飞机地面振动试验中识别悬臂舱模态

 <正> 带有发动机吊舱的机翼颤振临界参数是悬臂在柔性支柱上短舱质量的固有振动模态。以前的做法是认真地设计和分析,以确保满足颤振分析对支柱特殊频率的要求,然后,做悬臂情况下,发动机短舱的振动试验来论证从分析得到的这些参数是否正确。 目前,已经研究出一种分析方法,从修改飞机分析结果去匹配飞机的地面振动试验结果入手来识别这些短舱模态。并已经成功地应用该方法来代替单独的舱/支柱的地面振动试验。     

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。     

基于流固耦合的斜激波冲击作用下曲壁板气动弹性分析

采用自主发展的双向流固耦合求解器,研究了斜激波冲击作用下曲壁板的气动弹性响应特性。曲壁板的几何非线性大变形运动方程采用有限差分法求解,流体控制方程基于有限体积法求解,双向流固耦合采用交错迭代算法。计算结果表明:当动压小于临界颤振动压时,曲壁板表现出静平衡状态,且随着动压的增大,壁板变形的非对称性越明显。当动压大于临界颤振动压时,壁板振动位移先增大后减小,最终达到稳定颤振状态,且该极限环颤振并不关于初始位置正负对称的。同时,随着动压的增大,壁板颤振的正向峰谷值、负向峰谷值和振幅均逐渐增大,颤振频率则逐渐减小。壁板振动响应规律并不随着壁板弯曲高度的改变而单调递增或递减,较小的弯曲高度可以降低壁板颤振临界动压值,但是当弯曲高度进一步增大后,由于气动非线性特性增强,准周期无规则运动状态被激发了出来,临界颤振动压迅速升高。     

机翼带外挂系统极限环颤振的区间分析

针对带有初偏间隙型非线性刚度的二元翼带外挂系统的极限环颤振,应用当量线化方法得出了颤振边界曲线,并根据颤振边界曲线用4阶Runge-Kutta法得到极限环相图,可明显看出极限环振动与普通周期振动的区别。然后引入了几个不确定量,通过区间分析方法给出了这些不确定量对机翼带外挂系统颤振边界曲线的影响,并用随机有限元法(FEM)验证区间分析方法的可靠性。进而可以得到一定来流速度下,具有不确定机翼外挂系统幅值的上下界,以及不确定参数对极限环相图的影响。知道机翼外挂幅值的上下界后,可以对外挂幅值进行适当控制。     

基于动态吸振器的高超声速复合材料壁板颤振抑制及其优化设计

研究了动态吸振器对高超声速流中复合材料壁板颤振的抑制作用.将壁板和动态吸振器的相互作用力描述为两者相对位移和相对速度的函数,利用von-Karman非线性应变-位移关系和3阶非线性活塞理论,根据哈密顿原理和牛顿第二定律分别建立了壁板和动态吸振器的运动微分方程.采用模态假设法对系统进行离散并进行数值模拟,对动态吸振器的安装位置进行了优化设计.数值计算结果表明:合理选择动态吸振器参数可使壁板临界颤振动压提高51.7%,同时可降低颤振后极限环振动的幅值.      

基于欧拉方程的机翼跨音速颤振的频域计算

机翼跨音速颤振的频域计算方法是以给定机翼模态分布下机翼上各点的模态值作为运动幅值，以三维非定常Euler方程为控制方程，采用有限体积法和双时间推进，求解三维机翼简谐运动下的非定常气动力。所求得的气动力作为已知值运用于颤振方程，利用v-g法进行求解。对得到的一系列的阻尼、速度和频率进行了线性插值，从而得到颤振速度和颤振频率。     

间隙约束二元翼段系统分岔与多解共存现象分析

研究了分段刚度描述的间隙约束二元翼段气动弹性系统,取俯仰角最大幅值处为类Poincaré截面,数值计算得到了系统随飞行速度变化的分岔图,发现飞行速度在Ma=0.71~0.75属于跨临界颤振区,而在Ma=0.75~0.95发生极限环震荡.同时通过构造极限环震荡的四维Poincaré映射分析了极限环震荡的稳定性,结合稳定性和运动流形理论,得到极限环震荡的吸引域一般位于极限环内部并用数值方法进行了验证.且跨临界颤振速度区域中存在多种分岔形式以及多解共存现象,例如由双周期运动直接通向混沌、多周期运动与双周期运动共存现象,振动幅值也存在跳跃现象.     

Limit cycle oscillation control of wing with static output feedback control method

This paper presents a static output feedback controller (SOFC) for aeroelastic control of a cantilevered rectangular wing in low subsonic flow. For this purpose, an optimal formulation of this control method is developed, and a solution method is proposed for the related matrix equation. This optimal solution is obtained by solving combined Lyapunov and Riccati equations. At first these equations are transformed into a set of nonlinear algebraic equations and then are solved with iterative Newton–Raphson?s method. This solution method is applicable to the full state feedback case. The controller is designed to extend flutter boundary and suppress limit cycle oscillation (LCO) of a low aspect ratio rectangular nonlinear structural wing. This structural nonlinearity is given by Von Karman plate theory. Both full and reduced order aerodynamic models are examined based on the modified vortex lattice theory. Results show combination of SOFC with reduced order aerodynamic model would be an effective choice for aeroelastic stabilization, and this controller has a very comparable result with linear quadratic regulator (LQR).     

具有操纵面间隙非线性二维翼段的气动弹性分析

 基于Theodorsen 理论和Wagner 函数,提出了不可压缩流作用下三自由度二维翼段任意运动非定常气动力表达式。对操纵面自由度具有的间隙非线性,建立了二维翼段气动弹性系统无量纲分段线性运动方程。数值仿真预示了系统极限环振动的相轨迹、无量纲振动幅值和频率,表明操纵面铰链处存在的间隙非线性将导致整个系统的极限环振动;随着来流速度的增加,系统极限环振动的幅值和频率都存在跳跃现象。     

大惯量下电动伺服机构非线性特性与控制方法研究

针对高超声速飞行器非线性影响飞行姿态控制问题,分析了电动伺服机构中传动间隙、刚度、摩擦力矩等非线性因素的影响,并讨论了由间隙引起极限环的定义及产生条件。针对传动间隙引起的极限环振荡和较大惯量的翼面加剧振荡问题,建立了系统间隙极限环模型和非线性振动模型,并提出了间隙补偿器设计方法。重点研究了间隙、翼面转动惯量、刚度及干扰力对伺服控制系统的影响规律。通过在内环增加间隙补偿器的基础上,在外环引入速度、加速度负反馈设计方法,解决了大惯量舵面下控制系统抖动问题,仿真和试验结果证明了这一理论是正确的。     

飞控系统极限环抑制对

舵机是电传飞控系统中非线性因素的重要组成部分,若参数选择不当,常会发生稳态不衰减的小幅值极限环振荡现象。应用非线性控制理论,将飞控系统稳定性要求转化为对舵机的幅频特性、相频特性和不灵敏区范围要求,从而通过舵机设计达到抑制极限环的目的。仿真结果表明,该方法简单、实用,具有较高的工程应用价值。     

非线性壁板颤振分析

利用一种改进的计算流体力学与计算结构动力学(CFD/CSD)耦合方法研究了由气动和结构几何非线性引起的壁板颤振问题。在非定常气动力计算中,考虑了通量分裂格式、隐式时间推进方法和几何守恒律;二维和三维壁板的结构几何非线性建模则采用了有限元的协同旋转理论,并利用一种近似能量守恒算法求解结构的非线性响应。流场和结构求解器采用二阶松耦合方法联立求解,并将其应用于壁板在超声速、跨声速和亚声速的颤振计算中。当考虑结构几何非线性和气动非线性时,出现了典型的极限环振荡现象,并对颤振边界和极限环振荡幅度进行了对比分析。     

非线性负阻尼极限环型角位移振荡运动定量分析

从某飞行器两次飞行记录的俯仰角θ、偏航角Ψ观测值出发,分别采用对Van der Pol方程描述的θ和Ψ的角位移振荡运动微分方程进行气动参数辨识,和对观测值θ-狋、Ψ-t曲线的外包络线进行参数拟合两种分析方法,对该飞行器的角位移振荡运动特性进行了定量分析。两种分析方法取得了较为一致的结果,并证明该飞行器飞行中出现的锥形振荡运动是典型的非线性负阻尼极限环型的振荡运动,获得了非线性负阻尼极限环型气动阻尼力矩的典型表达式。分析结果表明非线性负阻尼极限环类型的气动阻尼能够导致飞行器出现动不稳定。     

Acceleration sensors based modal identification and active vibration control of flexible smart cantilever plate

Some flexible appendages of spacecrafts, such as solar panels, are cantilever plate structures. Thus, vibration problem is unavoidable when there is slewing maneuver or external disturbance excitation. Vibration of such cantilever plate structures includes coupled bending and torsional motion. Furthermore, the low amplitude vibration near the equilibrium point is very difficult to be quickly suppressed due to nonlinear factors of the hardware in the system, which is harmful to stability and attitude control accuracy. To solve these problems, acceleration sensor-based modal identification and active vibration control methods are presented for the first two bending and the first two torsional modes vibration of the cantilever plate. Optimal placements of three acceleration sensors and PZT patches actuators are performed to decouple the bending and torsional vibration of such cantilever plate for sensing and actuating, and identifications are achieved by experiments. A nonlinear control method is presented to suppress both high and low amplitude vibrations of flexible smart cantilever plate significantly. Experimental comparison researches are conducted by using acceleration proportional feedback and the presented nonlinear control algorithms. The experimental results demonstrate that the presented acceleration sensor-based methods can suppress the vibration of cantilever plate effectively.     

操纵系统非线性因素对飞机纵向驾驶员诱发振荡影响的探讨

采用描述函数法建立了含有非线性控制系统的人机系统数学模型,确定了系统的极限特性,探讨了极限环与驾驶员诱发振荡(PIO)之间关系和操纵系统非线性因素对PIO影响等。并以JJ7机为例通过人机系统数字仿真验证分析结果。