弹性飞行器对大气紊流的动力响应计算

本文采用功率谱密度技术,分别从频域模型和时域状态空间模型给出了弹性飞行器对大气紊流动力响应计算方法,并通过实例计算,说明大气紊流对弹性飞行器的影响.     

随机过程等效确定性输入函数的计算方法

本文推导了求解多维互相关随机过程的等效确定性输入函数的基本公式。基于这些公式,可以使用确定性的方法在时域内计算线性系统对一组平稳随机过程输入响应的均方值。本文的结果可应用于分析研究飞行器对大气紊流的响应和一般工程中的随机控制问题。     

大气紊流中机翼一阶弹性模态主动振荡抑制方法研究

基于先进数字式控制系统，研究紊流风激励下机翼一阶弹性模态主动振荡抑制方法，给出了技术途径和控制律设计方法。依据大气紊流扰动下弹性飞机的扰动运动方程，推导出弹性飞机动力响应计算方法，改进了大气紊流仿真算法，提高了控制系统设计的准确性和效率。最后．从工程角度给出了控制律的工程特性评估方法。     

飞机对连续大气紊流时域响应的数字计算

提出了一种新的计算方法—飞机对连续大气紊流时域响应的数字计算方法。论证和计算了这一方法的正确性和合理性：利用乘同余法产生均匀分布伪随机数，经过参数变换求出高斯分布的伪随机数；计算它们的均值、均方差、均方根、相关函数和功率谱密度，检查其统计特性；进行线性插值，利用差分方程解算Ｄｒｙｄｅｎ滤波器的时域模型，求出纵向各大气紊流分量的信号；给出解算连续大气紊流的飞机模型，求出飞机的时域响应。最后，分析并判断了大气紊流对飞机的影响。通过计算和分析表明，这种计算方法是正确可行的，它比频域分析方法更清晰、更直观和更为有效。并首次成功地用于飞行轨迹稳定性的地面模拟试验。     

在大气紊流中飞行的弹性飞行器动力学模型

本文以大展弦比、后掠翼飞机和轴对称导弹为例,分别建立了弹性飞机和细长体弹性飞行器在大气紊流中飞行时的动力学模型。该模型考虑了非定常气动力的影响以及刚性运动和弹性变形模态之间的气动耦合作用,并给出了其状态空间方程的标准形式。     

基于有理谱法的大气紊流仿真及应用研究

根据飞行仿真、控制律设计等应用需求,采用有理谱法建立了基于大气紊流Von Karman模型的有理式模型结构。对不同阶次有理式模型精度的对比分析研究表明,五四模型在整个频率范围内更为接近Von Karman模型。采用五四模型可更为精确地反映大气紊流高频特性对弹性飞行器运动及弹性振动特性的影响,并将五四模型应用于飞行仿真,分析了大气紊流对飞机纵向运动的影响。研究结果表明,该模型具有工程实用性。     

基于有理谱法的大气紊流仿真及应用研究

根据飞行仿真、控制律设计等应用需求,采用有理谱法建立了基于大气紊流Von Karman模型的有理式模型结构。对不同阶次有理式模型精度的对比分析研究表明,五四模型在整个频率范围内更为接近Von Karman模型。采用五四模型可更为精确地反映大气紊流高频特性对弹性飞行器运动及弹性振动特性的影响,并将五四模型应用于飞行仿真,分析了大气紊流对飞机纵向运动的影响。研究结果表明,该模型具有工程实用性。     

弹性飞行器动态耦合和控制综合研究

研究弹性飞行器的动态耦合问题，首先导出了非定常气动力作用下的弹性飞行器的纵向运动方程。就简化的非定常气动力数学模型提出了分析气动弹性飞行器稳定性的影响方法，而后对弹性飞行器的动态耦合特性提出了定性的分析方法。并从有效抑制飞行器的弹性振动角度，研究了主动反馈控制、操纵面及陀螺位置的合适选择的协同设计问题。     

大气扰动及其对飞行的影响

 大气紊流和风切变等现象会影响飞机的飞行品质,并且可能引起严重的飞行事故。本文简要回顾和评述了目前国外研究大气紊流和风切变问题的情况。包括近年来国外在低空大气扰动对飞行影响方面的研究,在改进数学模型、计算与分析方法以及研究与大气扰动有关的飞行品质规范等方面取得的进展。文中同时回顾了我国研究大气扰动对飞行的影响方面的情况。     

考虑弹性和紊流影响的人机闭环特性分析

本文对Kleinman等人采用现代控制论的最优化技术所提出的驾驶员最优控制模型,从研究飞机纵向飞行品质规范的角度做了较为详细的论证和探讨。该模型分析了B-1飞机的弹性模态干扰对刚体动力学特性及飞机操纵品质的影响,同时分析了大气紊流对J-7飞机操纵品质的影响.计算结果证明了该模型可在飞机初始设计阶段用于分析飞机飞行品质。     

Flight Flutter Modal Parameters Identification with Atmospheric Turbulence Excitation Based on Wavelet Transformation

针对基于大气紊流激励的飞机颤振试验数据具有信噪比低以及测量数据以加速度响应形式给出等特点,将小波变换与随机减量法相结合对飞机颤振模态参数进行识别,首先利用随机减量法获得结构在非零初始加速度条件下的自由衰减响应,然后对该自由衰减响应进行Morlet连续小波变换,为使变换简单,本文采用了Parseval定理和留数定理,利用Morlet的带通滤波特性,通过搜索小波变换系数在不同的尺度区域内的极大值,再根据小波变换系数的极大值、相角与固有振动频率及阻尼系数间的关系,即可识别出各模态参数。并对利用小波变换识别颤振模态参数时,实现模态解耦应满足的条件进行了分析研究。通过仿真和飞机颤振试验数据分析,验证了该识别方法不仅简单、有效和可行,而且具有较强的抗噪性。     

二维紊流场对飞艇水平面内运动影响研究

大气紊流是影响高空飞艇水平面内巡航的重要原因,传统Dryden模型采用谱分解定理,只能生成一维大气紊流模型,对于高空飞艇复杂的飞行运动来说,生成二维紊流风场模型是必要的.基于紊流场的空间相关特性,采用离散自递归方法构建风场模型,然后结合风速矢量三角形关系式,建立扰动下的飞艇动力学模型,再对该模型进行水平竖直解耦.仿真结果表明,大气紊流作用在飞艇上的力会使飞艇较大程度地偏离其运动航迹,呈不稳定的随机波动状态.因此,构建高空飞艇动力学模型时,要充分考虑大气紊流的影响.     

热环境对飞行器壁板结构动特性的影响

 高超声速飞行器在巡航或再入过程中面临着严酷的气动力/热/噪声等复合环境,对热防护系统结构的完整性和耐久性提出了严峻挑战。热环境下的动特性是进行结构动态响应分析和优化设计的基础,本文对四周简支的飞行器热防护系统金属加筋壁板热动特性进行了分析,使用有限元软件NASTRAN建立分析模型,基于理论和有限元方法获得了壁板结构热屈曲临界温度,研究了热环境对固有振动频率和固有振型的影响,对比分析了均匀和非均匀温度场对结构模态的影响。结果表明,壁板结构在热环境下易发生屈曲,热模态分析中需考虑热屈曲、大位移变形等因素。同时证实热环境对壁板结构动特性影响较大,结构的固有振动频率随热环境下弹性模量的降低而减小,热应力对结构的固有振动频率和振型都有影响,当温度场分布改变时,固有振动频率的变化规律基本相同,固有振型则不同。     

基于频响函数的复合材料空间分布模量场识别

针对纤维编织复合材料宏观力学性能的非均匀特性,提出了基于频响函数(FRF)的复合材料梁空间分布弹性模量场的识别方法。采用基于灵敏度分析的方法构造优化问题,以实测和计算加速度频响残差范数最小为目标函数,进而通过迭代求解识别出复合材料梁弹性模量的空间分布。首先,以悬臂梁模型为研究对象进行数值仿真分析,验证识别方法的正确性。进一步开展复合材料梁模态试验研究,将复合材料三点弯曲试验获取的近似均质化弹性模量作为优化问题的初值;利用非接触测量方法获取模态试验中梁上各测点处的动位移响应,并计算得到各测点的加速度频响函数作为优化问题的输入值。结果表明:采用所提出的识别方法获取的模量场计算得到的梁上各处频响函数与试验获取值吻合,且所提方法在实测动响应存在噪声污染工况下是可行的。该方法能够为复合材料等效建模提供更加准确的弹性模量场。     

Aeroelastic effect on aerothermoacoustic response of metallic panels in supersonic flow

A finite element formulation is presented for the analysis of the aeroelastic effect on the aerothermoacoustic response of metallic panels in supersonic flow. The first-order shear deforma-tion theory (FSDT) and the von Karman nonlinear strain-displacement relationships are employed to consider the geometric nonlinearity induced by large deflections. The piston theory and the Gaus-sian white noise are used to simulate the mean flow aerodynamics and the turbulence from the boundary layer. The thermal loading is assumed to be steady and uniformly distributed, and the material properties are assumed to be temperature independent. The governing equations of motion are firstly formulated in structural node degrees of freedom by using the principle of virtual work, and then transformed and reduced to a set of coupled nonlinear Duffing oscillators in modal coor-dinates. The dynamic response of a panel is obtained by the Runge-Kutta integration method. The results indicate that the increasing aeroelastic effect can lead the panel vibration from a random motion to a highly ordered motion in the fashion of diffused limit cycle oscillations (LCOs), and remarkably alter the stochastic bifurcation and the spectrum of the aerothermoacoustic response. On the other hand there exists a counterbalance mechanism between the external random loading and the aeroelastic effect, which mainly functions through the nonlinear frequency-amplitude response. It is surmised that the aeroelastic effect must be considered in sonic fatigue analysis for panel structures in supersonic flow.     

耦合六自由度运动弹性飞机阵风响应数值模拟

耦合飞机刚体六自由度运动,考虑飞机结构气动弹性变形,基于全湍流Navier—Stokes方程流场数值模拟方法．建立了离散阵风作用下弹性飞行器气动载荷与飞行姿态响应的数值模拟技术。其中模态空间中结构动力学方程以及六自由度运动方程分别采用四阶R—K进行时间推进求解,采用RadialBasicFunction（RBF）技术进行气动／结构数据耦合。对应飞机姿态以及弹性变形采用RBF与TFI组合模式的动网格方法进行网格更新;以飞翼布局弹性飞机为数值研究对象,研究了离散阵风作用下飞行器的气动载荷响应以及飞行姿态的变化,对比分析了刚性飞行器与弹性飞行器对离散阵风响应的区别,为进一步系统地分析真实飞机飞行品质提供数值平台。     

2.5维编织树脂基复合材料平板多尺度动力学模型修正

在2.5维编织树脂基复合材料多尺度固有振动分析的基础上,开展基于实测结构模态数据的复合材料平板动力学模型修正研究,以获取精准反映其动力学特性的模型。首先,建立复合材料平板固有频率对弹性参数的灵敏度分析方法,分析了平板固有振动特性的主要影响因素;其次,建立基于灵敏度分析的复合材料多尺度动力学模型修正方法,形成了基于MSC.NASTRAN平台的模型修正程序。最后,利用实测结构模态测试数据,实现对复合材料平板动力学模型的修正。结果表明,对关键弹性参数进行修正后,不同边界条件和纱线走向的复合材料平板试验件固有频率实测数据与仿真数据的最大误差由10.44%下降至2.39%,相关性得到了大幅改善。此外,所提出的自由模态测试方案结合动力学模型修正方法,为复合材料等效弹性参数的试验辨识提供了新的技术途径。