舵面型颤振特性与转换规律特性研究

操纵面颤振是制约飞机性能的关键因素,对颤振设计而言,需要从总体布局、结构刚度、惯性特性等方面入手,综合权衡各种因素。针对某机翼及舵面,建立结构动力学有限元模型,在分析机翼及舵面固有特性与不可压流假设颤振特性基础上,研究带后缘舵面驼峰型颤振与经典弯扭颤振的转换规律,包括操纵刚度、舵面刚度、舵面质量分布等关键因素,总结了设计要素对舵面型颤振特性的影响规律,并对颤振模型数值计算与风洞试验进行了对比分析,结果验证了所取颤振设计参数的有效性,可以作为机翼带舵面颤振设计的重点要素。     

调整片和有气动内补偿舵面的多自由度操纵面颤振研究

采用操纵调整片和具有气动内补偿的舵面,成功地实现了大型高亚音速飞机的人工直接操纵,也带来了调整片颤振问题。在型号研制中,我们以低速风洞颤振试验和数值计算两种手段进行了调整片和有气动内补偿舵面的多自由度操纵面颤振研究:致力模拟各操纵面的刚度,多铰链悬挂、气动内补偿和多自由度操纵系统,设计了某大型运输     

浅析配重对舵系统固有频率的影响

舵系统的刚度和质量分布决定了舵系统的固有频率.对于完成设计的舵机和舵面来讲,更改刚度的难度远远大于更改质量分布的难度,所以要调整舵系统的固有频率,首先考虑更改舵面的质量分布.本文分析了相同质量的配重加在不同位置时对舵系统的固有频率影响.     

AC500型飞机操纵面破损颤振分析

提出了一种全机操纵面破损颤振分析的工程方法。这种方法是为了适应适航CCAR§23．629条例关于“全机操纵面颤振分析要考虑主飞行操纵系统中任何单个舵面元件损坏、失效或断开情况”的要求而提出的。利用经地面振动试验验证的AC500型飞机全机有限元模型，采用降低操纵面模态频率的方法模拟单个舵面的破损情况，完成了AC500型飞机操纵面破损10种计算状态的颤振分析，并对计算结果的合理性进行了仔细分析，表明方法是可行的、有效的。     

行星滚柱丝杠动力学特性分析及试验研究

准确的舵机模型是舵机系统控制及颤振分析的关键,为实现舵机模型快速而准确的控制,需要建立高精度的行星滚柱丝杠动力学模型。依据赫兹接触理论建立了考虑螺纹啮合刚度的行星滚柱丝杠动力学力学模型,搭建行星滚柱丝杠动力学特性试验台。试验结果表明:行星滚柱丝杠前两阶固有频率试验结果分别为195Hz和747Hz,与仿真结果误差小于6.7%,验证了模型准确性。研究了螺纹接触角和滚柱半径对行星滚柱丝杠啮合刚度以及行星滚柱丝杠的前两阶固有频率的影响。结果表明:螺纹接触角增加,会导致行星滚柱丝杠的螺纹啮合刚度及其第一、二阶固有频率增加;而滚柱半径的增加同样会使行星滚柱丝杠的螺纹啮合刚度增加,但其第一、二阶固有频率会在半径为某特定值时达到最大。     

亚音速飞行的某型导弹舵面颤振特性研究

颤振特性研究已广泛应用于飞行器设计中。在导弹飞行中,容易发生颤振的部位是舵面与舵机的结合处。使用ANSYS有限元分析软件建立了某型导弹舵面的动力学有限元模型,并应用Block Lanczons求解器对其进行固有模态分析。在导弹亚音速飞行条件下,采用片条理论计算模拟舵面变形诱导的气动力,再将颤振方程转换到以各阶模态振型为基的模态空间上,得到在模态空间下简化的舵面颤振方程。最后应用MATLAB软件编制程序,用V-g法求解舵面颤振方程。对其他战术导弹舵翼面的设计分析具有一定的参考意义。     

某型飞机副翼作动系统静刚度与自然频率设计研究

民用FBW系统飞机提高舵面抗振性的主要措施有:操纵舵面质量平衡法;利用作动器阻抗,包括提高作动系统静刚度和自然频率,改善作动系统阻尼特性;气动平衡法;主动颤振抑制(闭环控制).民机作动系统设计中一般从以上4个方向同时着手,提高作动系统抗振性.从提高作动系统静刚度和自然频率着手,研究了某型飞机法兰式安装下等效刚度计算方法,得出了副翼作动系统自然频率范围.计算结果表明,主机所与供应商共同确定的静态刚度参数满足作动系统颤振抑制的最小自然频率要求,供应商可采用这些参数进入作动器静态刚度详细设计阶段.     

飞翼布局舵面连接的气动弹性建模与计算

以一种高机动飞翼布局为背景,建立全机的三维有限元模型,模拟飞机的真实结构,并与空气动力模型耦合插值,进行气动弹性的仿真分析。针对此翼面上有升降舵的多舵面布局,建立了俯仰运动下不同于翼面上只有副翼的动力学模型。主要研究了在舵面连接的局部建模中,因连接方式不同导致舵面支撑刚度和操纵刚度的不一致而对舵面操纵效率造成的影响。根据舵面悬挂点与摇臂操纵形式的不同,提出了四种连接方式的局部模型。通过相应的四个模型在同一飞行状态下的仿真计算与结果分析,总结出了舵面连接方式建模的变化规律,得出的结论为类似飞机的舵面连接及结构设计提供了参考。     

复合材料后掠翼机翼气动弹性分析

对于复合材料后掠翼机翼,扭转发散问题一般并不突出,其操纵面的操纵效率和颤振临界动压是比较关心的两个问题.文章采用 COMPASS 软件,对某复合材料后掠翼飞机进行了操纵效率分析,并重点计算了该机在不同高度下颤振速度随马赫数的变化情况,详细分析了机翼振动、颤振特性随蒙皮不同铺层比变化情况.结果表明,舵面操纵效率随着马赫数的增加而降低,飞机设计要通过设计参数调整选择合适的副翼反效动压与扭转发散动压之比,使飞行范围内的操纵效率尽可能高;同时复合材料后掠机翼的弯扭耦合效应相当突出,而复合材料剪裁可以调整0°、±45°、90°铺层比例,提高结构扭转刚度,从而提高飞机颤振速度     

导弹舵机/舵面系统模态试验方法研究

针对导弹舵机/舵面系统非线性较强的特点,将"猝发随机法"和"纯模态法"相结合,得出准确测试舵机/舵面系统模态参数的模态试验方法。首先采用"猝发随机法"获取系统的频响函数估计,然后采用多参考最小二乘复频域(PolyMax)法进行模态参数识别,得到系统初步的模态参数,最后利用"纯模态法"剔除虚假模态,准确测试结构的模态参数。该方法提高了导弹舵机/舵面系统模态参数的识别质量和效率,为导弹颤振特性分析及气动伺服弹性分析提供了准确的动特性参数,具有重要的工程应用价值。     

机身刚度对T尾颤振(发散)速度影响的分析研究

建立了T尾带后机身动力学模型,根据后机身截面刚度的不断变化,分别分析了它们的固有频率特性及颤振速度。本文为了简化计算规模,只进行一般地定性研究,并只考虑了平尾迎角为零的情况。用P-K法计算了临界颤振速度及发散速度,并分析了不同的颤振特性。最后,用线性最小二乘法得出后机身的不同支持刚度对T尾的临界颤振(发散)速度影响的趋势曲面。本次计算结果为以后的T尾颤振分析打下了基础,为后机身的刚度分配提供了宝贵的数据支持。     

大型水陆两栖飞机T型尾翼颤振影响因素分析

T型尾翼由于布局形式的特殊性,颤振行为往往较常规布局复杂。根据大型水陆两栖飞机的研制需求,建立了T型尾翼颤振分析的理论模型,并开展了T型尾翼缩比模型颤振风洞试验,研究了T型尾翼的颤振特性及来流迎角、部件连接刚度、操纵面连接刚度等因素对颤振特性的影响。理论和试验结果均表明,大型水陆两栖飞机T型尾翼的颤振临界型态为垂尾扭转型颤振,其主要影响因素为来流迎角;在给定的范围内,部件连接刚度、操纵面连接刚度均对垂尾扭转型颤振影响不大。研究结果为大型水陆两栖飞机的研制提供了依据。     

基于热/力试验的折叠舵连接刚度与颤振分析

为了适装新型发射平台和进一步提高射程能力,高速飞行器需要采用折叠翼/舵的方案。高速飞行器面临的严酷高温环境和时变气动载荷条件,使折叠舵的结构动力学特性更加复杂,给开展折叠舵极端条件下热气动弹性特性的准确分析带来严峻挑战。本文构建了综合考虑温度、载荷、机构间隙和摩擦特性等因素的折叠机构力学模型,通过非线性有限元分析获得了不同因素影响下的连接刚度,并开展常温和高温试验验证研究。基于固有模态对结构进行降维简化,基于修正的三阶活塞理论建立了气动力模型,采用准定常模型对特定飞行剖面的颤振特性进行评估。基于Abaqus结构模型和STAR-CCM+气动模型,开展了时域响应分析。结果表明：常温和高温条件下,折叠机构转动刚度的计算结果与试验结果整体相对误差小于10%,具有较好的一致性,验证了模型的准确性和可用性;采用CFD与CSD耦合计算方法获得的临界颤振速度低于采用修正的三阶活塞理论结果,CFD/CSD耦合计算方法更加保守。本文建立的方法可为飞行器舵面颤振特性进行有效预示,对新型高速飞行器设计具有重要指导作用。     

飞机舵面液压伺服作动系统性能分析

建立了考虑结构刚度以及舵面绕转轴转动惯量的液压伺服作动系统数学模型,以某型机为例在MATLAB环境下进行了仿真,研究了飞机舵面液压伺服作动系统性能及结构刚度、舵面绕转轴转动惯量等结构参数对作动系统性能的影响。结果表明:飞机液压伺服作动系统的液压固有频率与飞机舵面的固有频率共同构成了整个系统的谐振频率,若两者频率设计不合理将严重影响系统稳定性。     

电动舵系统颤振影响因素分析

针对电动舵系统颤振问题,将舵系统简化为双惯量模型,并在该模型的基础上分析了舵系统颤振的原因.通过对舵系统传递函数以及单自由度碰撞振动系统力学模型的分析,得出传动机构刚度、间隙等非线性因素以及负载惯量对舵系统稳定性的影响,并分析了各因素造成舵系统颤振的原因.通过数学仿真,验证了所得结论的正确性,并针对颤振抑制提出了相应的改进措施.     

基于PXI的舵机仿真器伺服系统控制方法

舵机是导弹飞行控制系统的执行机构,导弹的各种姿态运动都是靠舵机带动舵面偏转来实现的。文章在详细介绍舵机仿真器硬件设计基础上,完成了系统软件设计,对伺服系统进行了仿真,分析了系统的性能。     

变弯度后缘与常规舵面机翼的颤振主动抑制对比

后缘变弯度机翼的气动弹性建模与稳定性分析日益受到关注。为了探究变弯度后缘相比常规偏转舵面机翼颤振主动抑制的方法与特点，以一个小展弦比后缘变弯度机翼为对象，首先建立结构有限元模型，并引入变弯度后缘变形模态和常规舵面偏转模态，采用亚声速偶极子格网法计算非定常气动力；然后使用基于最小状态法的有理函数拟合进行频域到时域模型的转换，建立两种构型机翼的气动弹性模型，并在建模时考虑了变弯度后缘与常规舵面控制带宽的差异；最后利用线性高斯二次型方法设计控制律进行颤振主动抑制，分析对比两种控制方式的特性差异。结果表明：采用变弯度后缘的闭环系统能够将颤振临界速度提高22%，其提升效果优于常规舵面，所需舵面偏转峰值更小。     

基于CMAC与PID并行控制的舵伺服系统的优化设计

针对导弹飞行中的舵伺服系统所存在的不确定性和非线性时变等特点,采用常规控制系统难以适应这种不确定性,文中提出采用现代控制理论与经典相结合的方法——自适应神经网络CMAC与PID并行控制对舵机伺服系统进行优化设计。首先,在分析舵系统基础上,设计出了具有一定适应性的舵伺服系统的总体方案;然后,建立了基于CMAC与PID并行控制的舵系统控制器;最后,经MATLAB仿真,结果表明并行控制能够较好适应多种不确定性;并能够快速准确的对舵机进行跟踪控制。     

飞翼布局特殊舵面建模与颤振分析研究

以多舵面组合下的无尾飞翼布局为基础,建立全机的结构动力学有限元模型,进行固有模态分析。对颤振计算方法进行改进,分析了多舵面下的颤振和振动特性,研究了在机身后缘机翼外侧的副翼改成对开式双舵面后无尾飞翼布局的颤振和振动特性,提出了一种建模和计算的方法。     

多控制面飞机的全机颤振主动抑制设计

 以仿F/A-18A外形的全机模型为对象,研究多输入/多输出（MIMO）飞机颤振主动抑制（AFS）设计方法和特点。控制律采用线性二次型高斯（LQG）方法,结合平衡截断法降阶。首先,仅用机翼舵面对机翼部件和全机设计AFS控制律;然后,全动平尾参与AFS控制;最后,机身额外加装小翼,与机翼舵面联合控制,考察AFS效果。研究发现：单独机翼AFS效果显著,颤振速度提高28%;全机构型有机身模态参与颤振,仅用机翼舵面,低阶控制律颤振速度增量仅为4.6%;全动平尾参与控制可改善低频颤振,但存在低速的高频不稳定模态;机身小翼与机翼舵面联合控制,AFS控制效果可达14.9%。最终,筛选出机翼后缘内侧舵面与机身小翼两组控制面进行AFS设计,即可达到14.5%的颤振速度增量,是较为理想的AFS方案。