具有集中非线性全动翼面模态测试和颤振工程分析

分析了全动翼面的非线性环节，并以目前国内规模最大、精度最高、技术最先进的地面共振试验系统——VXI-640系统为试验手段，运用多点正弦激励下的相位共振法对某型飞机全动翼面进行了模态测试，试验模态纯度高正交性好。以试验模态为数据依据，采用三种气动模型对某型飞机全动翼面进行了颤振分析，分析结果合理，从而论证了基于高精度GVT试验模态进行颤振分析的实用性和可靠性。基于GVT试验设计技术和共振试验虚拟技术，分析了未来利用修正GVT试验数据进行颤振分析的前景。     

适用于工程数据的飞行器气动特性修正框架

新型飞行器对气动特性的预示精准度提出了更高的要求，为此研究了一种适用于多条飞行试验数据的气动特性修正框架，实现了对地面气动模型及先验不确定性模型的修正。基于试验数据特点，首先从模型辨识角度，改进了传统的多元正交函数法，构建了多试验数据模型项的统计优选准则，设计了基于总体最小二乘思想的定制化参数估计算法；然后从不确定度量化角度，估计出了气动修正模型的总偏差，校验了先验不确定性模型。最后应用提出的修正框架处理某飞行器的10条试验数据。结果表明相比于原始地面气动特性预示方式，修正后的方式，一方面预测的气动系数更接近测量的气动系数，另一方面估计的气动误差带具有较少的误差带外测量点及最高的精细程度。     

模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响

基于气动弹性模型研究模型表面粗糙度对冷却塔风致响应及干扰的影响。推导了冷却塔气动弹性模型相似关系并据此相似关系成功设计和制作了某核电站200m高超大型冷却塔的1∶400气动弹性模型,在风洞中模拟的1∶400B类风场对三种粗糙度的单、双塔位移响应进行测试。研究发现:气动弹性模型能较精确模拟冷却塔结构的质量、刚度和阻尼相似;最大位移均方差随粗糙度的增加而减小,平均响应在一定粗糙度范围内随粗糙度的增大而减小,但粗糙度超过某临界值时,平均响应随粗糙度的增加而增大;位移响应自功率谱密度曲线的幅值分布、风振系数及干扰因子基本不受粗糙度的影响。     

航空发动机低压转子系统的“可容模态”设计及实验验证

建立了带弹性支承和阻尼器的航空发动机低压柔性转子动力学模型,进行了模态计算以及临界转速处的响应计算。在考虑临界转速约束与“临界跟随”现象约束的条件下,综合模态不平衡影响因子、弹支应变能占比以及套齿连接结构稳定性构造了可容度评价函数,建立了低压转子系统的“可容模态”优化设计方法。设计并搭建了低压转子实验系统,从模态测试实验、阻尼器减振实验以及长时间“共振”实验,验证了设计方法的可靠性。研究结果为计算的临界转速与实际测量的临界转速最大误差为3.86%,阻尼器在1阶与2阶临界转速处的减振比最大可达45.6%,实验转子系统在1阶与2阶临界转速处各完成了长达412.5 s和429.8 s的“共振”实验,共振过程中转子系统各通道振动单峰值稳定在100μm以内,且无次谐波产生。表明了所建立的航空发动机低压转子系统“可容模态”优化设计方法是可行的。     

大展弦比机翼模态测试研究

建立大展弦比长直机翼有限元模型,采用谐响应法,以机翼一弯和航向振动为例,仿真再现了基于纯模态法的全机地面振动试验的模态测试过程,分析了激振力矢量对相同位置的不同自由度测量点相位和指示函数的影响。结合某型飞机全机地面振动试验,分析了是否考虑航向自由度响心对模态广义质量的影响,解释了机翼航向振动模态参与计算的颤振分析结果偏低的现象,并提出了航向振动模态参与计算的原则。     

刚性模型风洞试验确定大跨屋盖结构风振系数的多阶模态力法

风流经过大跨屋面时,由于气流分离在屋面的大部分区域产生强大的吸力,并引起柔性屋面结构的振动,因此大跨屋面结构抗风设计需考虑风振响应和风振系数.本文根据振型迭加原理,提出了利用刚性模型风洞试验确定大跨度柔性屋盖结构风振响应和风振系数的多阶模态力法,并推导了风振响应和风振系数的计算公式.该方法可以考虑高阶振型的贡献.通过与气动弹性模型风洞试验结果以及直接时程法相对比,发现多阶模态力法能够得出令人满意的结果.     

飞机柔性对前起落架摆振的影响分析

以某型客机为对象,研究了飞机滑跑时前起落架的摆振动力学问题.基于多体动力学理论,采用子结构模态综合法将关键部件柔性化,建立了计及前起落架和机身弹性的全机地面滑跑刚柔耦合动力学模型,并进行了摆振稳定性仿真分析.采用起落架静力试验和模态试验的结果对模型进行校验,仿真结果与试验结果吻合较好.给出了以飞机速度和防摆阻尼系数组成...     

一种基于亚临界响应的颤振稳定性边界预测新方法

基于地面模态试验事先获取的结构模态参数,通过弹性机翼在气流中的亚临界响应,解算出作用在机翼上的非定常模态气动力系数。以弹性机翼的模态位移作为系统输入,模态气动力系数作为系统输出,通过辨识方法获得弹性机翼振动的气动力模型。在时域内耦合结构运动方程和气动力模型,建立基于试验数据的气动弹性稳定性分析模型。通过分析系统稳定性随动压的变化规律,获得弹性机翼的颤振稳定性特性。与经典颤振边界外推方法的主要区别在于该方法实质上只需要一次亚临界响应试验即可预测颤振临界点,可极大降低颤振试验的风险和成本。该方法既可用于颤振风洞试验,也可用于颤振试飞。     

跪式起落架结构参数对直升机滚转模态频率影响的研究

铰接式单旋翼直升机的滚转模态是影响地面共振最关键的模态。文章针对跪式起落架结构和力的非线性特点,计算了起落架轮轴垂向力与缓冲支柱轴向力的传递系数。利用缓冲支柱及轮胎的静压缩试验数据,采用迭代计算的方法进行了全机地面平衡计算。基于刚度和阻尼等效计算原则,提出了跪式起落架系统的等效刚度和等效阻尼计算方法。通过对UH-60直升机仿真计算可知,摇臂外撑一定角度、缓冲支柱及轮轴长度增加、缓冲支柱与机身连接点下移能够不同程度的提高机体滚转模态频率。若将摇臂撑开30°,缓冲支柱伸长0.2 m,轮轴伸长0.2 m时,机体滚转模态频率可从3.54Hz提高到4.35Hz,比设计改进前提高了22.8%。通过改进起落架结构参数设计提高机体滚转模态频率,能够有效改善直升机的地面共振特性。     

带中介轴承双转子系统“可容模态”优化设计及实验

为解决航空发动机双转子系统无法避开临界转速的问题，提高双转子系统容忍振动的能力，根据带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法，以某型带中介轴承双转子发动机相似模型为初始模型进行优化设计，并以此搭建一套双转子实验器系统。通过模态测试、响应测试、连续变转速以及长时间“共振”实验，先后验证了带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法的准确性、有效性、稳定性和可靠性。研究发现，双转子实验器测试结果与计算结果临界转速误差最高3.06%、模态振型误差最高9.6%；工作范围内任意转速下，即使频繁穿越临界转速，振动幅值均不超过50μm；在6阶临界转速处各完成了不少于3790s的“共振”实验，所容忍的不平衡量最大为设计不平衡量的5.2倍，振幅平稳，且可容度评价函数值越高，容忍共振能力越强。实验结果充分验证了带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法是可行的。     

全机颤振风洞试验模型地面共振试验影响因素分析

为了排除地面共振试验过程中一些附加因素的影响,提高试验结果的准确性,通过建立数值仿真模型,分析了模型悬挂、传感器、激振杆等因素对地面共振试验结果的影响。结果表明:悬挂刚度越大,对模型固有振动特性的影响越显著;传感器附加质量主要影响舵面旋转频率,传感器布置越多,实测频率越低;激振杆在某些模态测试时会产生附加刚度的影响,从而提高实测频率。     

BW—1变稳飞机纵向地面伺服弹性问题试验研究

本文介绍我国第一架变稳定性飞机纵向地面结构模态耦合试验。这架试验机上安装有我国第一套数字式气动变稳飞行控制系统,这类飞机上不允许地面共振现象存在。通过地面试验可以确定出系统的结构稳定性裕度,进而使用结构滤波器抑制飞行控制系统与飞机弹性结构之间的耦合,保证试飞安全.     

直升机旋翼/机体耦合非线性系统的动稳定性分析

为了准确反映直升机旋翼／机体耦合系统的动稳定性，建立了旋翼／机体耦合非线性动力学微分方程，在时域内求解微分方程得到各片桨叶的挥舞、摆振及机体的响应用以对系统进行数值模拟；为了获得系统稳定性的定量值，用快速傅立叶变换(FFT)确定模态频率，用基于傅立叶级数的移动矩形窗方法得到模态阻尼。地面共振分析表明，时域分析与特征值分析结果具有良好的相关性，并与试验值吻合，从而验证了该方法的有效性。大总距时，用时域分析得到的模态阻尼与试验值吻合得更好，该方法可用于具有非线性减摆器的直升机旋翼／机体耦合系统的动稳定性分析。     

基于不相关模态振型的修正技术

为充分利用试验测量结果，探讨了一种修正技术，不但有效利用试验数据中与有限元模型相关的模态信息，同时也有效利用不相关模态信息，并成功应用于某型现代高推质比涡扇发动机结构中.通过计算，修正后的模型计算值与试验测试值比较接近，误差接近0，MAC（model assurance criteria）值接近1.研究表明:利用不相关模态振型的模型修正技术能够有效得到准确的修正参数值，且修正后的有限元模型具有很高的计算精度.      

悬停状态下模型旋翼噪声试验的初步研究

本文介绍了模型旋翼在消声室进行噪声试验的方法和在南京航空航天大学航空声学实验室的肖声室进行的悬停模型旋翼噪声试验，给出了旋翼桨盘平面内和浆盘平面下不同测量点的试验结果，着重分析了旋翼噪声和组成特点及频谱特性。试验数据和分析表明，旋翼噪声不仅随测量点至源点的距离变化，而且随测量点与桨盘平面的夹角不同而不同，低叶尖马赫数、高拉力系数的悬停模型讫翼约在桨盘平面下４５°附近噪声最大。     

基于直升机地面共振要求的起落架刚度及阻尼优化设计

为给出满足直升机地面共振稳定性要求的起落架刚度及阻尼的优化设计方法,首先构造机体无阻尼时其非稳区的模态阻尼比函数,据此给出机体模态非稳区临界转速的计算方法,结合与旋翼摆振后退型模态共振转速下机体模态阻尼比的计算方法,给出了满足地面共振稳定性的机体固有频率及阻尼要求。然后,根据支持在起落架上的机体自由运动模型,建立机体模态频率及阻尼与起落架刚度及阻尼的关系,从而给出满足直升机地面共振稳定性的起落架刚度及阻尼要求。最后,基于上述稳定性要求,在满足着陆缓冲性能要求的起落架刚度及阻尼范围内,以减小起落架需用阻尼且增大机体最小模态阻尼比为优化目标提出了对其刚度及阻尼进行优化设计的方法,并通过对某型直升机4种不同重量重心状态下的起落架刚度及阻尼进行优化验证了该方法的可行性。     

直升机滑跑地面共振特性研究

依据直升机定常滑跑平衡特性分析得到的起落架定常载荷、旋翼操纵量及定常挥舞,结合起落架轮胎和缓冲支柱的静、动特性试验数据,应用自由振动理论计算得到机体侧向和纵向模态特性随滑跑速度的变化规律;采用计入几何耦合的旋翼液压阻尼器动力学模型,计算了定常滑跑时旋翼周期摆振响应,并得到液压阻尼器在"双频"条件下的等效阻尼;应用平面动力学模型分析不同因素对直升机滑跑地面共振的影响。结果表明,滑跑速度会降低机体侧向模态的固有频率;某型直升机旋翼总距为2°时,在22.8~31 km/h范围内定常滑跑时,直升机遇到较大扰动时将发生地面共振,且旋翼总距增加会降低地面共振的滑跑临界速度;直升机定常滑跑时保持小总距,小扰动,则不会发生地面共振。     

架空输电线路风振试验研究

高压架空输电线路是集高耸和大跨度两种特征于一身的风敏感结构体系，在同荷载作用下，风振效率显著，为了给某高压架空输电线路设计提供了准确的风振系数并考查输电导线对塔架风振的影响，按照空气动力弹性相似准则设计制作了输电塔架气动弹性模型，根据能量平衡原理，模拟了塔架两侧的输电导线和地线，在大气边界层风洞中进行了风振响应的试验研究，获得了塔架风振响应等重要数据。并给回归分析了得到了塔架风振系数的数学表达式。研究表明，塔架加速度响应随风速增加而增大，铁塔横向向架速度响应和顺风向加速度响应处于同一数量级，塔架设计和理论计算时应同时考虑顺风向和横向的振力；导线对铁塔风振的影响程度与风向角有关，但就整体而言，可以忽略该影响。     

基于起落架参数设计的某直升机地面共振及参数影响分析

建立了某直升机地面共振分析力学模型,计算了起落架在桨毂中心处的等效刚度和阻尼,针对某直升机进行了地面共振分析,同时分析了摆振铰外伸量、质量静距、桨毂中心有效刚度等对地面共振的影响,为避免地面共振及参数改进提供依据。     

超大型双曲冷却塔风荷载特性风洞试验研究

结合韩城第二电厂冷却塔风洞试验，在模拟大气边界层和周边地貌的情况下，研究了不同风向角下，超大型冷却塔风荷载特性及高大地面建筑群的影响。给出了风荷载高度变化系数、风压分布特性及其三维效应区域、地面附着物影响和风荷载体形系数，与《建筑结构荷载规范》中B类地貌上述参数有较明显差异，对双曲冷却塔、特别是超大型双曲冷却塔工程结构设计，有重要的参考价值。