T型尾翼布局的垂尾载荷测量技术

针对T型尾翼布局下平尾影响垂尾载荷的特点，提出了一套适用于T型尾翼布局的垂尾载荷实测试飞方法。该方法通过分析平尾载荷对垂尾的影响，设计平尾非对称校准加载工况，将其引入垂尾载荷方程建模，并使用该垂尾载荷方程测量了某型飞机型号合格审定试飞的垂尾飞行载荷。试验结果表明，载荷方程测量误差由5.3%降低到3.14%，平尾不对称弯矩载荷对垂尾弯矩影响显著，偏航机动严重受载状态时可达到垂尾弯矩的57.6%，滚转机动严重受载状态时可达到垂尾弯矩的61.9%。     

大型运输机设计中平尾布局的研究

从气动力、结构与全机设计角度出发，通过变化尾翼位置与机翼下洗、尾翼动压以及机翼尾迹，寻找确定平尾面积和满足结构设计需求的尾翼静与动载荷等影响因素。从飞机的稳定性与控制角度来看，高尾翼布局方案在飞机失速迎角以下可以提供优异的操纵品质。     

叶片飞失转子动力特性及支承结构安全性设计

针对航空发动机在叶片飞失极限载荷下的支点载荷控制问题,建立综合考虑冲击、惯性非对称、减速过临界等多种力学过程的支点动载荷响应分析方法;提出针对止推支点的缓冲阻尼支承结构安全性设计,该结构可以通过控制支承结构的刚度、阻尼参数,调整转子系统动力特性,降低转子临界转速。通过支点动载荷响应分析方法定量评估缓冲阻尼结构对降低支点动载荷的有效性。通过试验证明转子系统在冲击-减速过程中对支点载荷的影响因素。结果表明:叶片飞失所产生的冲击作用和减速过临界过程是威胁支承结构承载能力的主要因素。采用缓冲阻尼支承结构能够使叶片飞失下转子系统的支点动载荷降低至20%,是一种有效的支承结构安全性设计。     

飞机机翼结构载荷测量试验力学模型与数据处理

 以运七飞机为例,探讨了大型飞机机翼结构部件载荷测量试验力学模型,应变桥路设计和标定加载试验过程,通过对试验数据多元回归分析,建立了飞机机翼、尾翼结构部件载荷输入与应变输出关系方程,以此来获得飞机机翼、尾翼测量截面在实际飞行过程中的载荷-时间历程。     

轴压载荷下薄壁整体壁板强度设计

在最佳设计面积比的情况下,整体壁板的设计可以得到较高的结构承载能力,但是对于整体壁板,蒙皮与筋条分离面的确定给实际设计工作造成很大障碍。本文针对这一问题开展了相关的研究工作,对蒙皮厚度在2.5mm～3.5mm范围内的“T”形整体壁板,在截面面积相同的条件下给定分离面位置,以最大失稳载荷为设计目标,得到蒙皮与筋条的最佳设计面积比。以此面积比设计的厚蒙皮“T”形整体壁板其承受轴压载荷的能力最强。     

飞机尾翼载荷飞行测量研究

 用分析和模型试验方法难以确定可靠的尾翼载荷,所以要求通过飞行试验获取尾翼载荷数据,但因测载技术复杂,精确地测定尾翼载荷亦是困难的。我们经过多年的工作,最终用应变法得到了可贵的某型飞机尾翼机动载荷测量结果。本文叙述了测量方法,并给出了垂尾载荷的部分测量结果。根据该结果对垂尾的受载情况提出了值得重视的看法。     

基于Msc.Nastran的T型尾翼优化设计研究

建立了T型尾翼的有限元模型,并使用Msc.Nastran对T型尾翼结构进行优化。为了获得更轻的平尾结构重量,将平尾从T型尾翼中取出单独进行优化,并研究了优化变量分区的细化、优化变量的增加对优化结果的影响,并再次对T型尾翼结构进行优化。优化工作显著降低了平尾结构的重量,并得到了一些重要结论,为以后的T型尾翼优化设计提供了宝贵经验。     

超高空动升力翼飞艇的气动研究

对在超高空环境下的动升力翼 "X"形尾翼布局飞艇和常规飞艇进行了数值模拟,比较了两种外形在相同任务载荷下体积、质量以及气动力的大小,并分析了动升力翼绕流对尾翼的影响.研究发现,动升力翼 "X"形尾翼布局可以显著地减小飞艇的体积和质量,增加抗风能力并避免了动升力翼绕流对尾翼的直接干扰以及大的干扰阻力的形成.     

规范修正对垂尾连续紊流载荷的影响分析

依据FAR-25对连续紊流设计的最新条款,研究了突风强度的修订对垂尾动载荷设计的影响。以T型尾翼布局的某支线客机为例,基于Von Karman连续紊流功率谱模型和线性连续紊流响应的功率谱方法,采用载荷累加方法获得垂尾的连续紊流动载荷。结果表明:FAR-25对连续紊流设计的最新条款没有超越以往设计准则,算例飞机垂尾连续紊流限制载荷有所下降,设计状态参数有所改变。     

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。     

复合受载的非对称结构载荷标定方法研究

随着结构设计精细化程度的提高,越来越多的非对称承力结构被应用到飞机设计中。传统的载荷标定方式,无法准确分离非对称结构复合受载时的不同性质载荷产生的响应,导致载荷方程误差较大。通过简化载荷通道响应模型,计算通道响应分配因子,建立针对承受拉压、弯曲复合载荷的非对称结构件的载荷标定方法,并通过虚拟标定试验及实际标定试验进行了验证。结果表明,本方法有效消除了载荷耦合带来的误差,所建载荷方程具有较高准确性。     

基于MSC／NASTRAN优化方法的T尾振动颤振分析

T型尾翼是飞机广泛采用的尾翼形式，对T尾振动、颤振特性的研究和把握，是这类飞机设计需要解决的关键问题。为了更好地处理T尾复杂结构多参数多特征值的问题，这里采用MSC／NASTRAN动力学多目标、多变量优化技术对T尾动力分析模型进行了修正分析，最后进行了颤振计算。计算结果与试验一致性良好。     

空间站太阳翼伸展机构屈曲载荷分析与试验研究

针对空间站大面积柔性太阳电池翼整翼稳定性设计中的伸展机构屈曲载荷分析问题,以三跨斜拉索张紧力作用的盘绕式伸展机构为研究对象,采用求解轴压与斜拉索张紧力组合载荷作用下结构系统零固有频率的分析方法获得伸展机构临界屈曲载荷,并设计和开展相应试验,结果表明三跨伸展机构临界屈曲载荷仿真与试验结果吻合较好,验证了该方法求解伸展机构临界屈曲载荷的合理性。     

无伞末敏弹双S形尾翼弯折角对气动特性影响研究

为获得双S形尾翼末敏弹弯折角对气动特性的影响,基于计算流体力学方法对两片尾翼弯折角分别为10°、20°和30°的九种组合结构模型气动特性展开研究。获得了模型表面压力分布及阻力系数、升力系数和转动力矩系数随迎角由-30°到30°变化的规律。并通过高塔投放的自由飞行试验进行了动态气动特性研究。双S形尾翼无伞末敏弹流场计算结果显示,随着尾翼弯折角增大,双S形尾翼末敏弹阻力系数减小而转动力矩系数增加。弯折角变化对双S形尾翼末敏弹升力系数影响作用较小。试验结果显示,尾翼弯折角增大时,试验末敏弹弹轴与铅直轴夹角亦增加,即扫描角变大,但随着弯折角继续增加末敏弹的稳定性下降甚至出现翻转失稳而不能实现稳态扫描。通过本文的研究可以为改进末敏弹稳态扫描平台设计提供参考。     

机身载荷计算方法和程序

本文在传统的机身载荷计算方法的基础上,作了适当的改进,提出了一种选择机身严重载荷情况的方法和消除因质量分配引起的不平衡力矩的方法,对机、尾翼与机身的交点载荷,根据具体情况进行了计算处理。用该方法编制的计算程序,具有计算机身惯性载荷、气动载荷、剖面载荷(集中力、剪力、弯矩、扭矩等)及选择机身严重载荷情况等功能。此程序已用于教8、农5飞机设计,取得了良好的效果。     

表层梯度强化的缺口试样疲劳寿命数值研究

利用改进的Tanaka-Mura模型,确定复杂疲劳载荷与拉压疲劳载荷之间的等效转换关系,给出残余压应力的影响规律,并利用这一模型,针对含缺口的表面强化处理试样的疲劳寿命与裂纹起源位置进行系统地数值分析。结果表明:缺口试样的疲劳形核寿命和位置与强化层的厚度、表面与基体硬度比以及残余应力相关;强化层厚度变化会改变裂纹形核位置;存在临界厚度,当强化层厚度小于临界厚度,裂纹形核于强化层与基体的界面,否则,形核于强化亚表层或表面;表面与基体的硬度比增加会导致临界厚度增加;残余压应力对疲劳萌生寿命影响较小,而残余拉应力则明显降低疲劳萌生寿命。     

风扇叶片飞失下的结构降载机理

利用简化的转子有限元分析模型,从转子临界转速、支点动态载荷响应和转子轴心轨迹等方面进行了有无降载设计的对比分析,研究了风扇叶片飞失下的结构降载机理。结果表明:由于1#支点的熔断设计,低压转子支承由3个支点变为2个支点,风扇振型的临界转速降低,使得风扇转子运行在超临界转速上,轴心轨迹半径减小,从而降低高转速下的载荷响应,同时该机理研究采用的方法可用于熔断结构载荷阀值范围的确定以及其降载效果的评估。      

尾翼舵面悬挂接头随机振动分析及优化设计

文章基于无人机尾翼舵面悬挂接头结构,采用有限元软件建立几何模型,施加边界约束条件及气动载荷对其进行静力学分析;然后对其进行随机振动响应分析,研究不同频率下的最大振动形变量,并通过拓扑优化的设计方法,对舵面悬挂接头结构进行轻量化设计;将拓扑优化后的结果导入三维软件模型中,对其进行几何重构。结果表明:尾翼舵面悬挂接头产生最大变形量为 0.495 mm,最大应力为 34.6 MPa,其连接区域复合材料最大 X向应变为 280.6 με,最大 Y向应变为 284.0 με,最大剪应变为 381.2 με;在 100、200 Hz时,随机振动响应出现峰值,结构易产生破坏和失效;舵面悬挂接头经过轻量化设计后,其体积分数减少 26.80%,且优化后的舵面悬挂接头结构是合理可靠的。     

运输机离散阵风载荷分析

依据CCAR-25-R4对离散阵风载荷设计的规范要求,开展了离散阵风载荷仿真分析,研究了商业软件ZAERO和Nastran在离散阵风载荷计算方面的吻合性。以T型尾翼布局的某支线客机为例,建立了相同的数学模型、选定了相同的仿真参数,分别采用商业软件ZAERO和Nastran进行了离散阵风动响应和动载荷计算。对比结果表明,对于算例飞机,亚声速情况下,ZAERO和Nastran软件在离散阵风载荷计算方面展现了良好的吻合性;大部件的载荷相差小,载荷相对误差的绝对值不大于3%。     

T型尾翼风洞颤振实验保护装置绕流特性分析

采用SST两方程湍流模型,通过求解非定常Navier-Stokes（N-S）方程,对T型尾翼风洞实验流场进行了模拟,分析了保护装置对T型尾翼风洞实验流场的影响,研究了保护装置几何外形和保护装置基座后移距离对流场影响。通过对平尾气动力的分析以及对非定常流场的对比,可以得出：采用NACA系列翼型对基座进行气动整流后,基座两侧局部超声速区显著减小,局部激波减弱甚至消失,流场品质得到改善。且采用NACA0010翼型对基座修形后的结果最理想。随着保护装置基座后移距离的增加,平尾气动力均方根值和波动值先是急剧减小,达到0.85倍平均气动弦长后开始有所增大,在2.45～4.05倍平均气动弦长范围基本不再变化,稳定到单独T型尾翼模型相应系数1倍左右。此结论对T型尾翼风洞颤振实验保护装置设计具有一定的指导意义。