一种分析弹性飞机总体运动稳定性及颤振特性的统一方法

 本文应用非定常气动力理论计算了刚体运动与弹性运动耦合的飞机运动方程中的非定常气动力及广义气动力导数,给出一种分析飞机总体运动稳定性及颤振特性的统一方法。     

一种适用于弹性飞机飞行仿真的补丁方法

现代飞行器呈现轻结构、大柔性和低阻尼等特点，气动弹性效应成为不可忽视的因素，使得弹性飞机存在明显区别于刚性飞机的运动响应。由于弹性飞机飞行仿真需研究刚弹耦合方程，增加了建模和验证的难度。针对该问题，提出了一种适用于弹性飞机飞行仿真的补丁方法，通过广义气动力的拆分和测量信号弹性增量的叠加构成“补丁模块”，将该模块置入6自由度全量方程的刚性飞机飞行仿真中，实现弹性飞机的飞行仿真。该方法充分利用了原有刚性飞机的飞行仿真模型，简化了弹性飞机的建模过程，有利于开展后续工作。以某大展弦比无人机为例，基于“补丁模块”的弹性飞机飞行仿真分析给出了对应的配平方法，并在机动响应、气动力非线性和气动伺服弹性稳定性研究中验证了该飞行仿真方法的可行性和准确性。     

准静弹性飞机升力分布及气动导数计算

本文介绍一种准静弹性飞机气动特性的数值计算方法。可以用它来计算亚音速时弹性飞机的升力分布及11个主要的纵向气动导数。 文中附有算例,并对准静弹性飞机动态特性方面的一些问题进行了分析和讨论。 本文所得的导数可直接用于弹性飞机操纵性与稳定性的分析。     

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。     

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。     

准静弹性飞机动态特性的计算研究

本文在小扰动和准静弹性假设下对弹性飞机纵向动态特性进行了计算和分析。对弹性变形对动态特性的影响进行了初步讨论。本文采用格林函数法求得飞机的气动力,用正则模态法计入弹性变形影响并引入准静弹性假设,得到了研究纵向动态特性所需的全部刚体飞机气动导数和弹性飞机气动导数。利用这些导数,对准静弹性飞机动态特性进行计算研究。并将计算结果与刚化模型的同一飞机进行比较和分析。     

弹性飞翼飞机建模方法

大展弦比无尾飞翼布局飞机的结构振动往往与刚体运动耦合在一起,而传统的刚体模型不能反映飞机的结构弹性变形。现有研究多采用基于有限元法建立的模型,变量物理意义不明确,不利于控制系统设计。文章采用两根固定于质心的悬臂梁表征飞机的结构振动特性,基于Lagrange方程,为弹性飞翼飞机建立了刚／弹性耦合的纵向运动方程,并在配平点...     

考虑刚体/弹性耦合的飞机动稳定性研究

以大展弦比无人机为例,研究刚体运动对飞机纵向气动伺服弹性(ASE)稳定性以及弹性运动对飞机纵向飞行力学稳定性的影响。针对带有反馈控制的飞机,建立了时域的刚体/弹性耦合运动方程;以刚体运动频率与一阶弹性频率的比值为参数,分别研究有无刚体模态时的ASE系统稳定裕度和有无弹性模态时的飞行力学稳定裕度。数值仿真表明,当飞机刚体运动频率与一阶弹性频率的比值大于0.01时,飞机刚体运动对ASE稳定裕度的影响逐渐显现;当该频率比值大于0.03时,飞机弹性运动对飞行力学稳定裕度的影响开始突现;当该频率比大于1时,刚体弹性耦合效应不可忽略。     

飞行器刚体运动与气动弹性相互作用问题研究

通过联立求解空气动力学基本方程、飞行动力学运动方程和弹性结构振动方程,在时间域内模拟和分析了大展弦比飞机纵向动力学稳定性问题。结合动网格技术,气动力计算采用基于欧拉方程的计算流体力学方法,结构变形和飞行姿态位置变化统一为模态表示方法,通过松耦合将飞行器姿态稳定性和结构变形稳定性施行了模拟。以某大展弦比机翼飞机为算例,研究了其刚体运动和机翼的弹性振动的相互影响。结果表明：对于具有大展弦比机翼的飞机,其机翼的低阶弹性模态易与飞机飞行中本身的刚体模态发生耦合,从而导致飞机机翼的气动弹性发散以及飞机本身刚体运动稳定性的改变。对于这类飞机,在其气动弹性和飞行稳定性的分析和设计中必须充分考虑到两种运动的相互影响。     

分析、综合弹性飞机动态特性的一种建议性途径

本文提出了考虑在非定常气动力作用下;分析、综合弹性飞机小扰动运动特性的一种建议性办法——频率法的推广应用。它直接将谐振运动的非定常气动力数据引入运动方程中,通过作特征方程关系式(指特征方程对应的代数关系)所对应的频率曲线,利用复变函数的知识和特征方程关系式是复变量的解析可微函数条件,并运用作图与曲线拟合相结合的手段从而求得给定状态下弹性飞机运动方程中所需特征根和特征向量,这不仅获得了该状态下弹性飞机的实际运动特性,同时也给出了一些综合、设计的信息。与现行其他方法比较,本文提出的方法,对于研究弹性飞机的动态特性具有分析、计算较为简洁系统,综合设计较为直观方便的特点。     

弹性飞机空气动力及动态特性的数值计算和研究

本文给出了一种弹性飞机动态特性的数值计算和分析方法。文中考虑了飞机受扰后弹性振动与飞机总体运动的耦合作用,并着重研究了前几阶低频结构振型对飞机总体运动的影响。本方法采用了格林定理所导出的速势积分方程方法计算定常和完全非定常空气动力。采用特征根迭代法求解弹性运动方程,只需经较少次数的迭代即可收敛。文中附有算例,其计算结果是合理的。     

亚、超音速机翼非定常广义气动力系数之间的关系

 <正> 研究弹性飞机的动力学特性应计及非定常广义气动力。为了尽可能保留非定常运动历程,应首先计算由阶跃函数形式下洗产生的非定常气动力函数(指示函数或指数函数),再利用卷积形式的迭加原理处理任意函数形式下洗产生的非定常气动力。用振型法建立飞机弹性运动方程,可将飞机上任一质点的弹性位移近似地表示为     

弹性飞机空投载荷设计技术

飞机进行货物空投是进行飞行载荷设计时所需考虑的机动之一,现有的空投载荷设计方法主要是基于刚体飞机运动方程建立的,尚不能解决弹性飞机遭遇阵风时的货物空投载荷设计问题。为了提高空投载荷设计精度,考虑了飞机的弹性振动自由度,提出了弹性飞机遭遇阵风时的货物空投动响应和结构载荷分析方法。对弹性飞机空投动响应分析的主要难点为线性时变系统的动力学建模:基于稳定基底法,推导了弹性飞机货物空投动响应一般运动方程;采用最小状态(MS)法对频域气动力进行有理函数拟合;利用混合建模方法对时域离散阵风激励进行计算。对弹性飞机单件重装货物空投进行了仿真,重点分析了货物对载机地板的作用力和机翼的受载。仿真结果表明,本文提出的弹性飞机货物空投动响应分析方法可以很好地反映飞机的空投受载情况,能够作为弹性飞机空投载荷设计的手段。     

弹性飞机在不平的跑道上起飞和着陆的数字模拟

本文研究了用Kane方程来建立包括起落架机构的弹性飞机系统动力方程的方法。给出了跑道表面的两种计算模型。然后,讨论了弹性飞机在起飞和着陆过程中的姿态、速度、加速度和动载荷的数字模拟方法,计及起落架诸大构件的惯性力和惯性力矩对飞机系统运动的影响。作为一个简单的例子,本文模拟了KC-135飞机的对称起飞和着陆。     

大型飞机前起落架摆振仿真分析

飞机前起落架的摆振是飞机在地面滑跑时产生的一种有害的自激振动。基于多体动力学理论,建模时运用点线耦合的方法处理起落架缓冲器的柔性化问题。采用子结构模态法建立刚柔耦合模型,考虑了起落架结构的弹性以及机体的刚性运动。通过线性化计算得出前起落架的典型模态,并对模型进行了校验,给出了以飞机速度和临界防摆阻尼系数组成的飞机摆振稳定区域图,研究了前起落架柔性、机体重心设置和机身刚体运动对摆振稳定性的影响。结果表明,前起落架结构柔性对摆振稳定性影响较大,且在低速滑跑时的影响更为突出;飞机重心后移,有利于提高摆振稳定性;机身刚体运动对于前起落架摆振的影响不可忽略。     

飞机地面运动的静摩擦力模型

针对飞机的地面运动,尤其是多轮多支柱飞机的地面运动问题,提出了一种静摩擦力建模方法 :将摩擦力定义为轮子弹性变形量的函数,而这种弹性变形量及其变形速度是可以计算的。这是一种静摩擦力的动力学模型。使用这种模型,能够求得飞机上每个轮子的各向摩擦力分量,将其计入飞机的动力学方程,就能够实现飞机地面运动的仿真,并且该模型不存在静不定问题。该模型已经在模拟器中得到初步验证。结果表明,仿真结果与理论计算结果高度吻合。该方法可以应用于飞机地面运动仿真。     

大展弦比飞机运动稳定性建模及分析

随着飞机设计技术的提高和新型材料的应用，现代飞机气动弹性效应越来越显著，刚体运动和弹性体振动互相解耦的关系不再明显，在分析弹性飞机相关问题时，应该综合地、统一地考虑飞行动力学与气动弹性力学问题。本文在一般体轴系下综合考虑了飞机刚体运动自由度和弹性振动自由度，建立弹性飞机刚弹耦合运动的方程，通过在配平状态下引入小扰动运动假设，以及利用有理函数拟合技术将偶极子格网法计算所得到的频域非定常气动力转化为时域形式，建立了大柔性飞机刚弹耦合小扰动状态空间方程，并对纵向运动稳定性进行分析计算。针对文中构型飞机，运用本文所采用的方法计算所得结果与传统的线性及刚体计算所得结果进行对比分析，非线性计算方法所得颤振速度更小，而且失稳模态亦发生变化，对于飞行力学模态而言，长周期模态稳定性变差，在计算速度范围内出现失稳的现象，由此说明机翼大变形对飞机稳定性所带来的影响。     

弹性飞行器纵向稳定性问题

 本文研究考虑气动弹性时飞行器的纵向稳定性问题。首先由弹性飞行器的纵向扰动运动方程出发,导出了便于计算采用的弹性飞行器纵向扰动方程的标准矩阵形式,作出作为控制对象的弹性飞行器在考虑一阶、二阶及三阶振型时的传递函数;其次分析气动弹性对整个飞行器系统的稳定性的影响,并提出对飞行器自动驾驶仪敏感元件的可能合适位置选择的要求。最后还建立了计算气动弹性对飞行器气动导数值影响的理论式。     

一种基于欧拉方程的动导数简化计算方法

动导数是飞机飞行品质分析的关键参数,在飞机概念设计阶段快速可靠地预测动导数可缩短设计周期并减少成本。基于欧拉方程提出一种飞机组合动导数的简化计算方法,在模拟小幅强迫振动过程中忽略网格变形,通过对物面处流体添加法向扰动速度项模拟物面运动对流体造成的扰动。采用欧洲动导数研究标准模型DLR-F12对该方法进行了验证计算,计算结果与欧拉方法计算结果及试验数据具有较好的一致性。     

飞机滚转机动时静弹性气动载荷计算

本文以定常水平盘旋为初始状态,用飞机五自由度运动方程,计算了飞机作滚转机动飞行时飞机的运动参数变化规律。然后用格林函数法计算了某歼击机在上述状态下计入滚转阻尼的静弹性气动载荷分布。最后给出了机翼升力、力矩值及机翼静变形分布,为飞机的强度检查提供了重要的原始数据。