基于气动(气动噪声)/结构耦合仿真研究

声振综合力学环境是航空航天飞行器的重要环境之一。航天飞机或运载火箭、飞船在起飞段产生强噪声环境,这种强噪声会激发局部结构振动,损伤飞行硬件,所以飞行器强噪声环境和随机结构振动预示受到了各航空航天大国的重视。综述了国内外综合力学环境研究现状,提出了气动(气动噪声)/结构耦合思想,即基于物理声学、结构动力学以及空气动力学的三场耦合,对飞行器综合力学环境进行预示。分析了气动(气动噪声)/结构耦合综合力学环境仿真的关键技术,提出的仿真基本思路是在已有气动弹性研究的基础上引入噪声载荷,建立三场耦合平台。以舱段为研究对象,进行了气动/结构/声学(CFD/CSD/CAA)耦合建模及仿真,获得舱段时域结构响应,验证了方法的可行性。研究目的是拟开发空间飞行器结构/热/气动/气动噪声多力学耦合分析的仿真环境分析软件。为研究用于高超声速飞行器复杂力学环境预示积累理论基础。     

复合材料加筋板高频声振响应试验和仿真研究

为了探究复合材料加筋结构在强噪声环境下的高频振动响应,本文以复合材料加筋板为研究对象,首先开展了两种不同加筋形式复合材料板的统计能量参数的试验辨识研究,建立了两种复合材料加筋板的统计能量模型,进一步搭建了基于混响室的复合材料板动响应试验平台,将其计算结果同试验结果进行对比,验证了方法的准确性,最后预示了更高声压级载荷下的结构高频声振响应。     

基于随机有限元的导弹振动环境试验设计研究

针对传统方法制定出的试验条件余量未知的缺点,本文研究了基于随机有限元的导弹振动环境试验条件设计方法。首先,给出了研究方案。其次,为了使用基于传递特性方法预示振动响应,基于导弹梁模型,研究了自主飞行过程中外部气动噪声激励模式对动态响应传递特性的影响,确定了模拟导弹自由飞行过程的动态响应传递特性计算方法。最后,通过算例研究了使用随机有限元方法模拟结构偏差引起的结构动特性变异,并且对比了最高预示环境计算方法的传统方法和本文方法。研究发现,本文方法不仅可以考虑结构各偏差对动特性的影响,另外可以克服传统方法中余量可靠性未知的缺点。     

应用Hybrid FE-SEA预示仪器舱动力学环境

应用Hybrid FE-SEA方法,对某导弹仪器舱在宽频混响声场中结构响应进行了分析计算,并将Hybrid FE-SEA方法预示结果与试验结果作了比较,初步验证了Hybrid FE-SEA方法计算复杂结构声振响应的可行性.     

火箭复合材料结构的噪声振动环境复现与特性研究

噪声环境是火箭飞行过程中的主要激励源之一,会引起结构的强烈振动,并对安装的仪器设备的正常工作带来影响。目前火箭结构大量采用复合材料,其厚度薄、重量轻,在噪声环境激励下,不同位置处的随机振动存在很大差别,这给环境条件制定和试验考核带来了困难。根据飞行实测的局部位置随机振动结果,通过调整噪声外激励,预示了在实际飞行过程中复合材料舱段的振动环境,同时对噪声环境激励下不同位置处的随机振动特性开展了研究,为进行力学环境的精细化设计和仪器考核试验的真实模拟提供了参考。     

热噪声复合环境下飞行器结构动响应预示技术研究进展

高超声速飞行器在巡航/再入阶段经历着严酷的气动力/热/噪声等复合环境,严重威胁着结构的完整性和可靠性。严酷的热环境会显著改变结构的整体和局部模态特性,出现模态跳跃和丢失;当与噪声载荷共同作用时,结构动态响应出现突弹跳变现象,表现出强非线性特征,因此热噪声复合环境下结构动响应预示面临严峻挑战。本文综述了热噪声复合环境动响应预示技术的发展过程,对比分析了目前热噪声动响应预示技术的优势与不足,对于未来高超声速飞行器、可重复使用运载器等载荷环境条件制定和结构优化设计均具有重要意义。     

高超声速飞行器地面颤振评估技术研究

针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分（Proportional integral derivative,PID）控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。     

C/SiC舵结构热试验瞬态温度场预示技术

航天飞行器在大气层中高马赫数飞行时,会面临严酷的气动加热环境,C/SiC、C/C等高温复合材料由于具有耐高温、高比强、高比模等优点,在飞行器热结构设计中得到大量应用。为了考核热结构服役过程中的高温力学性能和完整性,需要根据飞行时序进行地面结构热环境试验,其中石英灯辐射加热装置是模拟瞬态气动热环境的一种重要手段。地面结构热试验具有不可重复、技术难度大等特点,发展结构热试验辐射热环境预示技术可以有效支撑飞行器结构地面试验验证。针对采用石英灯辐射方式加热的C/SiC复合材料舵结构热试验,建立了辐射加热动态控制过程模拟方法,基于热网络法和蒙特卡罗法获得了结构瞬态温度场分布,通过与试验数据的对比分析,验证了方法的可行性,能够为复合材料结构热试验方案优化和试验效果评估等提供技术支撑。     

飞行器薄壁结构热噪声响应及动强度研究

飞行器在大气层内长时间高马赫数飞行会面临极端严酷的热/振动/噪声等力热复合载荷环境,对传统单一环境下的结构动力学、强度分析与试验技术提出了挑战,本文分析了国内外在该领域进展及存在的技术难题,围绕工程及专业技术发展需求,针对飞行器薄壁结构在高温环境下的结构动特性演变规律、热噪声动态响应分析与试验技术、热噪声载荷下结构寿命预示与动强度评估等方面开展研究,对取得的最新研究进展进行了科学总结,提出了未来的发展建议,可为高超声速飞行器、可重复使用运载器等关键结构设计与试验考核提供技术支撑。     

能量有限元方法研究进展及其非平面波情况下的改进

能量有限元方法（EFEA）是一种改进的能量类方法,主要用于求解结构中高频的振动响应,可以解决传统能量类方法（如统计能量分析）无法兼顾结构局部质量、刚度、阻尼以及载荷等参数的空间分布,无法得到结构局部响应的问题。相对于有限元方法（FEA）,EFEA在中高频响应预示上一般具有更好的计算性能。考虑到EFEA在中高频以及声振耦合分析方面具有的潜在应用价值,本文从EFEA的基本假设、结果可靠性以及改进方法等方面系统介绍了EFEA方法及其研究进展,使用四边简支单板和耦合板对点载荷作用下的单板进行了参数研究,与FEA的结果对比表明,对于受到单点激励的板,通过直接场和混响场能量叠加的方法可以改善EFEA的结果。     

空间管路结构单多轴随机振动下的动强度特性研究

从理论分析和仿真计算两个角度，研究对比了典型空间管路结构在单、多轴随机振动载荷下的动强度特性。确定了线性结构模态振型主振方向的评定方法，得到了管路结构模态振型主振方向与随机激振方式和方向、动应力响应之间的规律特性。不仅能够为管路结构随机振动响应试验系统设计提供指导，而且能够为其动强度考核提供保障。     

动力学数据库在STI11/23上的实现

一、引言航天工程的前进要借鉴以前的经验,做为新型号设计基础的动力学环境条件更依赖于对以往型号试验数据的积累。为此,美国等宇航大国正在筹建动力学数据库,用以积累型号的飞行或地面实验数据。资料[1]、[3]介绍了马歇尔空间飞行中心建立的声振数据库。经过近十年的工作,该库中装有土星Ⅴ和大力神Ⅲ的数据,在预示新型号的随机振动试验标准中起了重要作用。资料[4]介绍了NASA格达德空间飞行中心和洛克希德导弹和空间部为航天飞机有效载荷     

T型尾翼飞机抖振试飞研究

介绍了飞机抖振的形成机理及抖振试飞的研究进展、常用的几种抖振试飞方法及其优缺点，并对收敛转弯试飞方法的选取进行了理论分析。飞行试验采取减速法、收敛转弯法等试飞方法，在平尾及飞行员座椅地板处加装振动加速度传感器，得到在低、中、高3个高度剖面上飞机的抖振响应。对抖振响应数据进行均方根分析及谱分析，得到平尾和飞行员座椅地板的抖振响应。分析发现:平尾尖部后缘的抖振响应最为剧烈；平尾抖振响应随马赫数和迎角的增大而增大；平尾的抖振响应集中在平尾对称一阶弯曲、机翼对称二阶弯曲、平尾反对称二阶弯曲模态频率附近；飞行员座椅处的抖振响应集中在平尾对称一阶弯曲模态频率附近；飞机的抖振响应会影响飞行员的舒适性；应综合考虑飞行员座椅地板处和飞机翼面结构的振动响应来确定抖振边界。     

有效载荷／运载火箭耦合分析的子结构模态综合法

为了制定有效载荷设计和验证所需要的低频振环境条件，需要通过耦合动力分析给出有效载荷与运载火箭连接界面的加速度响应。本文利用自由界面模态综合技术研究有效载荷／运载火箭的耦合分析问题，给出了连接界面分别为刚性连接和弹性连接民政部下计算有效载荷界面加速度响应的子结构模态综合方法的两种形式。     

结构模态试验分析方法概述

引言一个新产品的研制过程可分设计、加工制造和使用三个阶段;而产品设计的流程又可分为方案论证、初步设计、技术设计和设计验证四个步骤。在整个研制过程中,会遇到许多技术问题,其中有不少问题的决断是要通过结构动态分析来解决。例如:动载荷分析、响应预示、结构的柔性对控制精度与稳定性影响、乘员品质、使用寿命以及振动控制(消振与隔振)等问题。必须确保最终产品在满足指定的使用品质的前提下的可靠性和经济性。结构动态分析的理论基础是结构动力学,用它来研究输入的振动冲击环境、结构的固有动态特性和     

飞机垂尾抖振响应的飞行试验研究

介绍了国内外垂尾抖振试飞的最新进展情况,并就抖振试飞中可以采用的试飞方法,从理论上进行了分析。飞行试验采用收敛转弯的试飞方法,通过在左、右垂尾上加装的振动加速度传感器,得到了不同马赫数下垂尾的抖振响应情况。在对数据进行均方根分析、时频分析和自功率谱密度分析等方法的基础上建立起抖振响应和迎角、频率的关系后发现:垂尾抖振响应主要集中在垂尾低阶模态频率上;垂尾的抖振响应随迎角、马赫数的增加而增加,其中受迎角的影响大于受马赫数的影响;且飞机在超过初始抖振迎角以后,随迎角的继续增加,垂尾翼尖后缘处的抖振响应显著大于垂尾翼尖前缘位置。     

基于特征响应谱的防隔热构件脱粘损伤定位

飞行器防隔热构件多采用胶粘形式与冷结构连接,在严酷的飞行振动环境中易发生脱粘损伤,有必要利用地面环境试验考核其环境适应性,并在试验后及时判断结构健康状态。本文提出一种基于结构特征级扫描响应谱均方根偏差(Root Mean Square Deviation,RMSD)的损伤定位方法,可得到结构全部区域的损伤概率分布云图,实现结构损伤识别与定位。以一种防隔热材料构件为研究对象,在仿真分析和试验研究中应用该方法对结构的特征级扫描响应谱进行分析,实现了结构脱粘损伤识别与准确定位。     

空间管路结构单多轴随机振动环境下的疲劳损伤研究

从理论分析和仿真计算两个角度,研究对比了典型空间管路结构在单、多轴随机振动载荷下的动强度特性,得到了管路结构随机振动疲劳损伤与激振方式、方向和动应力响应之间的关系,提供了一种可定量预估管路结构在单、多轴激励随机振动试验中强度考核差别的方法,为管路结构动强度考核试验设计提供理论指导,并为其考核结果提供保障。     

战术导弹飞行主动段力学环境快速预示方法

研究了战术导弹飞行主动段力学环境预示的快速计算方法。首先根据类似型号外推方法得到新型号的发动机前裙的力学环境,再基于新型号的简单有限元模型可以获得指定的位置的力学环境。该方法简单、计算效率高,可用于型号研制初期,为力学环境试验条件制定提供参考。     

航天器宽带随机振动响应分析

简要概述了航天器宽带随机振动试验和分析的必要性以及国内外预示技术的发展与现状；然后以某卫星为例，利用有限元方法和统计能量分析（SEA）对整星的宽带随机振动学环境进行了预示，经过与试验结果的对比，验证了上述方法的可行性。