柔性机翼阵风响应与被动减缓研究

高空长航时无人机的机翼展弦比大、柔性较强,飞行过程中极易受到阵风的影响。文章以几何精确本征理论建立结构模型,耦合 Pitt-Peters动力入流理论建立柔性机翼非线性气弹模型,研究了柔性机翼阵风响应以及翼尖被动阵风减缓效应。采用空间 -时间平行的有限元离散方法,将气弹方程转化为一阶微分代数方程,Newton-Raphson和 Generalized-α算法分别用于静态变形和动态响应的求解,通过算例研究了离散阵风载荷下柔性机翼的阵风响应,结果表明翼尖被动阵风减缓装置对机翼变形有明显的减缓效果。     

多控制面机翼阵风减缓主动控制与风洞试验验证

针对某大展弦比多控制面弹性机翼风洞模型,分别从频域和时域进行阵风响应分析和阵风响应减缓控制律设计.采用经典控制理论设计控制律,通过操纵位于0.6和0.8翼展处的内外侧控制面减小由正弦阵风引起的翼尖加速度(WTA).低频段的阵风减缓的数值分析与风洞试验结果均表明:多控制面的阵风减缓效果优于单控制面.当来流速度为14 m/s时,针对频率为2～5 Hz的阵风,采用多控制面得到的WTA减小10%～24%;当来流速度在8～16 m/s时,针对频率为2 Hz的正弦阵风,闭环状态下的翼尖加速度减小10%～40%;结构有限元模型与真实模型存在工程允许的误差导致理论与试验结果存在一定的误差.本文的工作对工程实际中采用阵风减缓技术具有参考价值.     

阵风响应及减缓的非定常数值模拟

基于网格速度和动网格方法,通过求解非定常N-S方程计算翼型副翼偏转时的阵风减缓响应,研究开环控制律参数和副翼缝隙对阵风减缓效果的影响。对于单个1-cos阵风,随着偏转角度的增大,减缓效果变大;由于粘性的影响,CFD计算得到的升力峰值减小量明显呈非线性的趋势,减缓效果低于准定常线性理论。对于连续sin阵风,通过调整副翼偏转的频率和最大偏转角,升力能达到很好的减缓效果,此时,副翼偏转频率应接近阵风频率,最大偏转角存在一个最优值。在阵风环境下,副翼间隙对升力系数影响不大,而力矩系数增大一倍,间隙会降低副翼偏转对升力的减缓效果。     

Application of Active Flow Control Technique for Gust Load Alleviation

A new gust load alleviation technique is presented in this paper based on active flow control. Numerical studies are conducted to investigate the beneficial effects on the aerodynamic characteristics of the quasi "Global Hawk" airfoil using arrays of jets during the gust process. Based on unsteady Navier-Stokes equations, the grid-velocity method is introduced to simulate the gust influence, and dynamic response in vertical gust flow perturbation is investigated for the airfoil as well. An unsteady surface transpiration boundary condition is enforced over a user specified portion of the airfoil’s surface to emulate the time dependent velocity boundary conditions. Firstly, after applying this method to simulate typical NACA0006 airfoil gust response to a step change in the angle of attack, it shows that the indicial responses of the airfoil make good agreement with the exact theoretical values and the calculated values in references. Furthermore, gust response characteristic for the quasi "Global Hawk" airfoil is analyzed. Five kinds of flow control techniques are introduced as steady blowing, steady suction, unsteady blowing, unsteady suction and synthetic jets. The physical analysis of the influence on the effects of gust load alleviation is proposed to provide some guidelines for practice. Numerical results have indicated that active flow control technique,as a new technology of gust load alleviation, can affect and suppress the fluid disturbances caused by gust so as to achieve the purpose of gust load alleviation.     

基于CFD方法的机翼阵风响应研究

通过引入＂网格速度＂方法模拟阵风条件,求解非定常欧拉方程实现了不同展弦比0012平直机翼阵风响应的数值模拟。首先采用该方法对NACA0006翼型迎角阶跃型阵风的气动力响应进行了计算,计算结果与文献结果、理论值吻合良好。进一步对展弦比分别为5、10的0012平直机翼在迎角阶跃型、One-Minus-Cosine型阵风作用下的气动力响应过程进行了模拟分析。研究结果表明,当展弦比增大时,阵风作用下机翼的升力系数响应会增加,机翼翼根部位气动响应幅值大于翼尖部位响应特性。     

弹性飞机阵风减缓研究

阵风响应减缓可有效抑制飞机由于离散突风和紊流引起的附加过载。以某民机为研究对象,基于飞机结构动力学方程和非定常空气动力学模型,建立弹性飞机在突风作用和控制面偏转联合激励下的开环气动弹性方程。引入坐标变换,建立飞机刚体模态对应的广义坐标与飞行动力学运动变量之间的关系,从而实现气动弹性方程与飞行动力学方程的融合。并以副翼和升降舵为突风减缓控制面。采用俯仰角速率,翼尖加速度和质心加速度作为反馈信号,针对连续突风和离散突风,分别设计相应的控制律。仿真结果表明,减缓系统对翼尖过载、翼根弯矩具有较好的抑制能力。     

基于CFD的机翼突风响应计算

利用网格速度理论,计算机翼在锐边突风和1-cos突风下的响应,研究气动非线性和自由度耦合对翼尖加速度和升力系数的影响.采用中心格式有限体积法进行空间离散,并用双时间推进法求解非定常Euler方程.计算了刚性(沉浮)和弹性机翼在锐边突风下的加速度响应,以及刚性机翼(沉浮+俯仰)在1-cos突风下的升力响应过程,并分别与片...     

阵风减缓直接升力控制方案的仿真研究

阵内减缓技术可有效地抑制飞机飞行过程中受到阵风和湍充影响所产生的附加过载。研究阵风载荷减缓的基本原理及各种控制方案,结合我国的实际情况,提出了以副翼作为直接升力操纵面的阵风减缓控制方案,建立了直接升力控制的阵风减缓系统的数学模型,并就阵风减缓系统进行了计算机辅助设计与仿真,验证了方案的可行性。     

薄翼型阵风响应的数值模拟

 采用有限体积法来数值求解非定常Euler和N-S方程，并在非定常计算中通过引入“网格速度”来计入阵风的影响，实现了对刚性薄翼型阵风响应的有效数值模拟。采用该方法来对薄翼型迎角突然增大的阵风、陡边型阵风这两种典型阵风情况下的翼型气动力响应进行了计算，结果表明：计算结果与现有的一些理论结果都符合较好，与文献中计算结果也吻合。同时通过计算也表明厚翼型的阵风响应需根据工况开展进一步的计算分析。     

阵风载荷减缓系统LQG/LTR多变量控制器设计

给出了阵风载荷减缓系统LQG/LTR多变量控制器设计方法,以某大型运输机为对象,设计了阵风载荷减缓系统控制器。根据系统回差矩阵的最小奇异值理论和通用相角、幅值裕度估算图,给出了系统两个通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度。仿真结果表明,该控制器能有效减缓阵风引起的飞机法向过载,其鲁棒性满足通用规范GJB185-86的要求。     

随机机翼结构阵风响应的分布函数及灵敏度分析

随机结构在随机激励作用下的结构响应具有随机不确定性,响应的分布函数(CDF)能够充分地体现响应量分布变化规律,只要掌握了响应的CDF,就可以进一步掌握响应的统计信息.基于响应的CDF,对基本变量的分布参数进行灵敏度分析,可以表明基本变量的随机不确定性对输出响应的随机不确定性的影响程度,从而清楚地表明重要随机变量和非重要...     

利用气动弹性的柔性振翼模型建立及分析(英文)

Making use of modal characteristics of the natural vibration of flexible structure to design the oscillating wing aircraft is proposed. A series of equations concerning the oscillating wing of flexible structures are derived. The kinetic equation for aerodynamic force coupled with elastic movement is set up, and relevant formulae are derived. The unsteady aerodynamic one in that formulae is revised. The design principle, design process and range of application of such oscillating wing analytical method are elaborated. A flexible structural oscillating wing model is set up, and relevant time response analysis and frequency response analysis are conducted. The analytical results indicate that adopting the new-type driving way for the oscillating wing will not have flutter problems and will be able to produce propulsive force. Furthermore, it will consume much less power than the fixed wing for generating the same lift.     

飞机连续阵风载荷计算方法应用研究

描述了连续阵风载荷计算的方法及其应用。在紊流气动力、结构振动附加气动力、弹性力及惯性力的耦合作用下,通过在频域内联立求解结构振动方程,获得了响应量(位移、载荷)的频响函数。并依据民用飞机适航条例要求进行了垂向阵风载荷计算。     

控制力作用柔性喷管动力响应研究

选择某锥筒式扩张段柔性喷管作为目标,用弹簧模型取代柔性接头结构,运用结构动力有限元方法,纽马克差分格式,对结构模型进行了动力载荷作用下的响应分析,获得了三角波、正弦波和反正弦波三种激励下的结构响应结果。      

弹性机体起落架的动态性能仿真分析

 通过建立弹性机体的等效模型,导出了系统的运动微分方程;并在ADAMS/Aircraft环境中建立了虚拟样机,仿真出具有弹性机体的飞机着陆时的动态响应。仿真结果显示出弹性机体能起到吸收和耗散能量的作用,吸收了缓冲器功量的6.5%,并可以适当减轻着陆时的侧滑过载。对考虑弹性机体起落架系统进行了研究分析,得出机体的低阶弹性模态起到提高飞机起落架缓冲器效率的作用。该设计方法能够减小轮胎和缓冲器的受载,延长起落架寿命。此外,对传统起落架缓冲器设计准则进行了完善。     

挠性航天器大角度机动的滑模变结构控制

考虑刚性主体上带有挠性梁的航天器，在建立挠性系统动力学模型的基础上，采用指数趋近率的滑模变结构控制策略进行大角度机动控制，并通过最优控制理论设计弹性稳态器抑制由于刚体运动而激发的弹性振动，数字仿真表明，提出的控制策略在实现旋转机动的同时，有效地抑制了弹性振动。     

基于有限元模型的飞行器柔性附件分散化滑模控制

研究分散化滑模控制在大型柔性附件振动控制领域中的应用。在设计控制系统时,滑模控制滑模面通过最小化最优价值函数得到,控制器采用饱和控制器。受控系统受到任意不可测量和不确定性外部扰动以及初始位移。分别利用分散化控制和集中控制方法对结构进行控制,仿真结果表明,当具有初始位移或受到不确定性外扰时,分散化控制非常有效。最后研究表明分散化控制方法所求解的Riccati方程数量远远少于集中控制方法,特别是大系统。     

弹性机翼的动力学建模与冲击动响应分析

运用"准模态"方法对某弹性机翼进行动力学建模,通过模态分析对动力学有限元模型进行修正,对修正后的模型进行固有模态分析,运用模态瞬态响应的分析方法对急操纵襟翼产生的冲击载荷进行冲击响应特性分析.     

主动电磁轴承失效后柔性转子坠落在备用轴承上的瞬态响应实验研究

测量了主动电磁轴承支承的柔性转子系统在主动电磁轴承失效后转子坠落在带有固定间隙滚动型备用轴承上的瞬态响应,分析了转子的工作转速、转子不平衡量以及备用轴承碰撞面上的润滑条件等对转子瞬态响应的影响。结果表明,大多数情况下在主动电磁轴承失效后转子系统出现了在间隙圆底部的摆动以及在整个间隙圆范围内的碰撞型回转运动。主动电磁轴承失效后转子系统瞬态响应的大小与转子在电磁轴承失效前的振动、转子的工作转速以及备用轴承碰撞面上的润滑条件等密切相关。通过适当改变备用轴承碰撞面上的润滑状态,可以有效地控制电磁轴承失效后转子系统瞬态响应的大小,降低电磁轴承失效后转子在整个间隙圆范围内的碰撞型回转运动以及全间隙圆范围内的摩擦型回转运动的可能性,从而减小碰撞对转子及其备用轴承的影响。     

民用飞机外翼中央翼对接肋腹板选型研究

典型民用飞机外翼中央翼是通过对接肋完成对接的,对接肋的腹板在其中起到重要的传递载荷和支持结构的作用。随着制造技术的发展,先进的民用飞机上出现了整体加筋式的腹板,这有别于传统的组合式加筋的腹板结构。利用商业有限元软件Hyperworks研究在压剪复合载荷并均匀油压载荷下,这两种加强筋类型腹板在变形、局部失稳、整体失稳和破坏下的承载能力,得出了较好的加强筋形式。最后分析针对两种类型腹板的压剪复合加载试验,验证了软件的仿真分析,为关键连接区的零件设计提供方法支持。