T型尾翼颤振优化设计在COMPASS中的实现

采用经典颤振分析方法和数学规划法,实现了T型尾翼的颤振分析和优化,为飞机结构中T尾的颤振优化提供了一种实用的工程技术手段。以改造后的COMPASS为优化设计平台,演示了一个简单例子的颤振优化设计过程。     

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。     

T尾低速颤振模型设计

依据某大型飞机T尾几何尺寸和将进行试验的风洞特性，按照相似理论，确定了T尾低速颤振模型缩比比例系数。按照实际结构的动力特性，经过多轮分析计算，提出了模型设计方案。通过梁架模拟T尾振动特性、框段模拟T尾外形，加工制造了T尾低速颤振模型。特别是设计了一系列变参机构以模拟对颤振特性有显著影响的平尾迎角和上反角，也可调整平尾的俯仰刚度以及T尾和机身连接刚度，以实现相应参数的变化，研究这些参数对颤振特性的影响。     

T尾不同支持刚度的颤振分析研究

建立了T尾有限元模型,以及T尾带后机身等不同支持情况的动力学模型,并分别分析了它们的固有频率特性。为了简化计算规模,只进行一般地定性研究,忽略了T尾平尾有攻角、安装角或上反角引起的附加的广义气动力的影响,用偶极子网格法计算了临界颤振速度,并分析了不同的颤振特性。最后,得出后机身的不同支持刚度对T尾的临界颤振速度影响的趋势曲线。本次计算结果为以后的T尾的颤振分析打下了基础,为后机身的刚度分配提供了宝贵的数据支持。     

基于MDNastran的多工况复合材料T尾优化研究

T尾是典型的民用飞机或运输机气动布局形式之一,寻求满足刚度、强度、稳定性约束条件下的结构轻重量是结构方案设计阶段的主要工作任务。利用复合材料弹性优化剪裁技术,运用Nastran软件系统,在细致建立有限元数值分析模型基础上,将梁和杆面积、板壳厚度以及复合材料铺层厚度作为优化变量,进行了结构优化,结果表明：结构各部件重量有所降低。为了考察给定的典型复合材料铺层角布置的合理性,引入复合材料的单元材料方向作为优化变量进行再次优化。优化结果表明：虽然增加材料方向作为优化变量能够使结构重量较初次优化有所降低,但是考虑到制造工艺要求,典型复合材料铺层布置也是合理的。     

基于 MSC.NASTRAN的结构参数优化设计

结构减重对飞机设计有重要意义,通过结构参数优化设计可以使材料的分布更加合理。基于MSC.NASTRAN,使用铝合金和碳纤维复合材料分别对某型飞机垂尾进行结构参数优化设计。优化结果表明:通过结构参数优化设计的垂尾材料分布更合理,材料利用率更高,相比于铝合金材料,碳纤维复合材料结构减重效果更好,体现出了复合材料的优越性。     

T型尾翼颤振模型光学测量实验与弯扭特性解算

在FL-26跨声速风洞半模试验段进行了某高速飞机T型尾翼颤振模型的光学测量实验,并依据测量结果解算了尾翼颤振模型的弯扭特性。颤振模型表面用白色圆点进行标记,用于记录模型表面的位移变化,两台固定在风洞试验段上壁板观察孔旁肋板上的400万像素工业相机用来采集图像,采集到的图像通过自主开发的图像解算软件进行图像的识别与求解,计算出尾翼颤振模型表面标记点的三维坐标。模型表面标记点的三维坐标通过坐标变化转换到风洞气流坐标系中,利用不同时刻模型表面坐标的变化计算模型剖面扭角和弹性轴位移的分布。T型尾翼右平尾图像采集实验与弯扭特性计算结果表明,非接触光学测量技术可以用于高速颤振试验的定量分析中。     

复合材料垂尾LANCZOS法有限元振动及颤振分析

采用谱变换LANCZOS方法对全复合材料垂尾作了有限元振动及颤振分析。复材有限元法改善了振动特性分析的精度,而LANCZOS法又使分析速度大大提高。并将理论计算与试验结果作了分析对比,得到如下结论:1.振动计算结果和真实飞机地面共振试验结果的对比一致,说明所采用的有限元振动计算方法及程序在复材垂尾上的应用是非常成功的。2.由振动计算结果也证明了所建立的有限元模型的可靠性。3.对复材垂尾进行颤振分析,得到其颤振速度,并与模型风洞试验一致。     

平尾上反角和静升力对T尾颤振的影响

T尾颤振分析在计算非定常气动力时要计及平尾上反角和静升力等参数的影响。基于片条理论计算由静升力引起的附加非定常气动力，将其引入到用MSC／NASTRAN常规T尾颤振计算得到的广义气动力当中，再用PK法求解T尾颤振，从而建立T尾的颤振工程计算方法。     

机身刚度对T尾颤振(发散)速度影响的分析研究

建立了T尾带后机身动力学模型,根据后机身截面刚度的不断变化,分别分析了它们的固有频率特性及颤振速度。本文为了简化计算规模,只进行一般地定性研究,并只考虑了平尾迎角为零的情况。用P-K法计算了临界颤振速度及发散速度,并分析了不同的颤振特性。最后,用线性最小二乘法得出后机身的不同支持刚度对T尾的临界颤振(发散)速度影响的趋势曲面。本次计算结果为以后的T尾颤振分析打下了基础,为后机身的刚度分配提供了宝贵的数据支持。     

NASTRAN在压力系数分布形态分析中的应用

针对机翼压力系数分布形态分析工作存在辨识困难的问题，通过对压力系数数据格式的变换处理，利用MSC．NASTRAN for Windows2．0的图形显示功能，将压力系数分布的分析辨识工作由分析数据文件变为查看在电脑屏幕上可视化的分布图形，极大地提高了压力系数分布分析工作的效率。     

基于ISIGHT/NASTRAN的机翼翼梁的结构优化设计

在满足机翼强度要求的情况下,集成ISIGHT/NASTRAN对机翼翼梁进行结构优化设计。在结构优化中以结构质量为目标,腹板MISES应力、缘条轴向应力以及缘条最大最小BEAM单元应力为约束,重点考虑主传力元件翼梁的腹板厚度和对应缘条的截面尺寸。在给出机翼有限元模型加载时采用自编的PCL语言将气动力等效到附近节点上。优化后两梁的质量为8.207 kg,相比优化前两梁质量10.07 kg减少了18.5%,明显地减少了两梁的耗材,并且优化结果满足强度要求。     

基于MSC.Fatigue的电子设备随机振动疲劳分析

针对机载电子设备随机振动问题,研究利用数字仿真技术预测结构随机振动疲劳寿命的方法.以某机载电子设备结构为研究对象,根据随机振动理论和有限单元法,采用MSC.Fatigue软件进行随机振动疲劳分析,计算疲劳寿命大小及分布.通过把计算结果与试验结果进行对比,证明利用随机振动疲劳分析方法预测此类产品的疲劳寿命是可行的.     

基于MSC.Nastran优化梁元偏置的分析

在有限元结构设计分析中,对梁的受力形式以及在空间放置方式等的理解直接影响整个分析计算结果。文中将加筋板离散为板元和梁元,用大型通用有限元商业软件MSC.Nastran的SOL200优化了梁元考虑偏心和不偏心的4种工况,其结果满足位移和应力约束。对几种工况中优化后的加强筋的不同尺寸,表明存在巨大差异,且符合真实物理模型的有限元模型,即带梁元偏心的情况质量达到了最轻。将优化结果参数用于原模型,用MSC.M arc进行了模态分析,并比较了前三阶模态。最后,得出了结论,如设计中不考虑梁元偏心,会给梁元尺寸的优化结果带来极大的误差,并对刚度的影响也不可忽略。考虑梁元偏置的加筋板不仅具有最小质量,而且具有广泛的实用价值。     

具有随机不确定性的机翼颤振优化

针对不确定性参数在颤振优化分析中的影响,提出了一种含颤振约束的、具有随机不确定性的机翼气动弹性优化设计方法.在MSC.NASTRAN平台上建立了结构的动力学模型、采用ZAERO程序进行了非定常气动力计算与颤振分析,用响应面方法计算了隐式失效功能函数,以重量最小为设计目标,对包含颤振概率约束的复合材料机翼进行了优化设计....     

考虑结构动力学与颤振约束的颤振缩比模型优化设计

由于颤振缩比模型与原模型在承力结构上存在差异,当二者的结构动力学特性相似时,气动弹性可能并不等效.针对该问题,提出了同时考虑结构动力学约束和颇振约束的颤振缩比模型优化设计方法,建立了利用遗传/敏度混合优化算法求解此问题的流程,研究了优化问题中目标函数和约束条件的选取方式,并以机翼颤振缩比模型为算例对方法的有效性进行了验...     

翼下外挂物对机翼振动及颤振特性的影响研究

应用MSC／NASTRAN软件计算分析了某型飞机翼下不同位置挂装外挂物后，对机翼振动特性和机翼／外挂物系统颤振特性的影响，计算结果表明：翼下外挂物对机翼二弯和机翼一扭模态的影响较大。     

船舶齿轮箱振动测试分析及优化研究

齿轮箱是船舶动力传动系统的主要振源之一，为了研究船舶齿轮箱振动性能及优化措施，进而实现船舶的低噪声化，以本单位自主研发的船用齿轮箱为例，通过台架试验和振动频谱分析结合的方法分析齿轮箱振动的主要影响因素，对振动性能关键影响因素进行优化改进。本文结合振动频谱分析结果对齿轮箱从齿轮修形设计和液压供油系统改进两个方面进行了优化，并对采取优化措施后的齿轮箱进行振动试验验证和振动频谱分析。结果表明：齿轮修形和液压供油系统改进两项优化措施可以切实有效的改善齿轮箱的振动性能。在文中的齿轮箱案例中，齿轮修形后齿轮啮合频率处振动峰值下降40.2%，总振级下降1.85dB，进一步采取液压供油系统改进措施后，齿轮箱总振级下降9.99dB。齿轮修形和液压供油系统改进对船用齿轮箱振动性能提升具有工程应用价值。     

基于ARMA/ROM的颤振边界模拟和快速预测

为实现对颤振边界进行快速预测,采用基于系统辨识的降阶气动力方法,将ARMA/ROM训练数据用于构建闭环气动弹性系统的连续时间状态空间模型,并将所得到的状态空间模型用来确定颤振边界;对AGARD445.6机翼进行了颤振边界和颤振频率的模拟,将ARMA/ROM方法的计算结果与全阶耦合计算结果、实验结果进行了对比。研究结果表明,该方法是高效、精确的,可以用于飞行器颤振边界的模拟和快速预测。