飞机颤振主动抑制系统的分析与试验

本文给出了颤振主动抑制系统的典型框图,详细地叙述了频率响应法(修改的乃奎斯特法),讨论了校正网络控制律和局部阻尼控制律。同时,还介绍了几种试验验证技术,主要是模拟仿真试验技术、亚临界颤振试验、闭环系统试验等。这些内容提供了研究颤振主动抑制系统的一种方法。     

用极点配置法确定双输入、多输出系统的控制律及其在颤振主动抑制研究中的应用

本文用极点配置法确定双输入、多输出系统的控制律。导出了双输入、多输出系统的极点配置方程。这些方程是非线性的。本文研究了这些方程的性质,利用这些性质可以较好地控制各个特征值的配置精度。算例表明,在同样的不完全输出反馈情况下,用这种方法配置的极点的精度比用“秩一控制器”方法有较大改善。还讨论了颤振主动抑制研究中不同极点配置方案对颤振速度、设计状态的增益和相位裕量及舵偏度要求的影响。     

高超声速飞行器地面颤振评估技术研究

针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分（Proportional integral derivative,PID）控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。     

三元机翼主动颤振抑制风洞实验研究

本文简述了三元机翼主动颤振抑制风洞实验的全过程:从模型和设备的自行设计、颤振抑制系统的设计和调试到风洞试验。 本文介绍了一种主动颤振抑制的实验方法,即利用机翼振动产生的加速度信号,经模拟计算机控制,由功率放大器—电磁激振器伺服机构操纵机翼的副翼来抑制机翼的颤振。 实验结果表明:改变反馈控制的增益和相位角两个变量,能影响主动颤振抑制系统的稳定性。实验通过选取这两个参变量,使机翼模型的颤振临界速度提高27％。 本文试用V-g法和频率响应法讨论系统的稳定性。 计算结果和实验结果基本相符。     

气动加热环境下大攻角翼面超音速颤振分析

研究大攻角翼面超音速热颤振的分析方法,内容包括气动加热、温度场、热应力和热模态分析,大攻角翼面非定常气动力计算和热颤振分析。提供了一套从流场分析开始到颤振临界参数搜索的一体化热颤振工程分析方法。气动力方面,应用激波膨胀波理论计算大攻角翼面的当地流场参数;应用参考焓方法计算大攻角翼面气动加热的热流密度;以当地流活塞理论计算翼面超音速非定常气动力。结构方面,利用有限元方法进行翼面瞬态温度场和热模态分析,然后用模态叠加法建立颤振运动方程;应用状态空间法和时域递推积分的方法求解颤振运动方程。工程实例的热颤振分析表明,在Ma〉3的高马赫数下热颤振临界动压比常温的颤振临界动压明显下降,高马赫数下翼面的热颤振分析在工程设计中值得重视。     

微型气压伺服回路结构与动特性研究

在进行颤振主动抑制的风洞实验中,为了精确可靠地确定机翼主动抑制系统的控制律,有效地达到抑制机翼颤振的目的,必须设计一种其结构和性能都能满足风洞模型的控制面操纵机构,并且必须确定控制面伺服回路的数学模型。本文简单介绍了一种自己设计的用于低速风洞机翼模型的微型气压伺服回路。并介绍了应用频率响应技术测试其动特性和应用最小二乘法由实测频响拟合传递函数的结果。     

风力机叶片气动弹性实验研究

风力机叶片在风洞中作气动弹性实验的模拟方法、简化原理、模型设计原理和数据处理等有关问题及其弯曲／摆振颤振模型的地面实验和风洞吹风实验结果，文中都进行了讨论，根据模型实验的频谱和时域图，分析模型可能发生颤振的速度，用＂频率重合理论＂确定了模型的颤振点以及发生颤振时的颤振速度和颤振频率。     

复合材料翼面结构满足颤振速度约束优化设计

本文对复合材料翼面结构进行了满足颤振速度约束的最小重量设计。目标函数为结构重量,颤振速度及工艺尺寸要求为约束条件,运用可行方向法求解优化问题。文中用双三次多项式来模拟翼面复合材料蒙皮厚度,多项式系数及其他有限元的厚度或横截面积为设计变量,通过变量成组减小设计规模,用解析法求颤振速度对设计变量的导数。文后用本法对两个机翼盒段模型进行了优化设计。     

状态空间气动弹性模型及其在颤振计算中的应用

本文评述了几种已有的状态空间气动弹性模型,提出了改进意见。并提出了一种新的状态空间气动弹性模型,用两种机翼为例进行了颤振计算。算例表明:本文提出的新的状态空间气动弹性模型是一种精度较高而阶数较低的模型。还提出了用状态空间法进行颤振计算时自动识别模态及自动求颤振点的方法。     

带翼梢外挂的CK1机翼颤振分析

本文根据颤振运动方程,应用v～g参数法和非定常气动力的偶极子格网法计算了CK1机翼翼尖带外挂物红外器时的颤振,分析了翼尖外挂物对机翼颤振的影响,确定翼尖外挂有利的配置方案.计算结果表明CK1机翼的颤振对梢部的重量分布是敏感的,红外器的弦向位置及翼尖配重布置得当,则可提高颤振速度,否则也可降低颤振速度。     

二元机翼颤振主动抑制控制律的确定

本文采用极点配置法研究带有前、后缘控制面的二元机翼颤振主动抑制问题,着重从宜于确定与实现控制律方面进行探讨,对一典型情况进行了计算。     

基于NASTRAN的某复合材料机翼综合优化设计

基于NASTRAN软件,研究了在机翼打样设计阶段考虑颤振约束条件进行结构综合优化设计的方法.气动载荷采用亚音速偶极子格网法计算,颤振分析采用v-g法,优化中以最小质量为设计目标,设计变量为蒙皮铺层参数.对某复合材料后掠翼进行优化设计,设计结果满足静强度和刚度要求,颤振性能大幅度提高,对工程设计具有一定的参考作用.     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性风洞试验研究

伴随跨海大桥建造时代的来临,特大跨度悬索桥的空气动力性能研究日益紧迫,设计了中跨跨度为5000m的宽开槽和窄开槽钢箱梁悬索桥方案,实现了5000m特大跨度钢箱梁悬索桥的节段模型风洞试验,研究了宽开槽和窄开槽两种方案的颤振性能,识别了其颤振导数、颤振风速、颤振频率、三分力系数等重要参数;其次在风洞试验中研究了多种稳定板组合方案对窄开槽钢箱梁的颤振控制作用,发现中央稳定板和上稳定板的组合能将颤振临界风速提高50%;最后提出了适用于特大跨度悬索桥的二维颤振Straight-forward Method分析方法,对风洞试验进行了数值模拟,验证了该方法和节段模型风洞试验对于5000m悬索桥分析结果的一致性.最终研究认为:中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽附加稳定板的方案都能为跨度5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求.     

F数缩尺法旋翼颤振动力相似模型设计

本文介绍用F数缩尺法设计直升机旋翼颤振相似模型的方法。文中首先根据微分方程,应用方程分析法建立了旋翼弯曲颤振的相似准则数,然后以Y-2复合材料桨叶为例,设计了缩尺比为1/5的旋翼颤振动力相似模型,得出了初步结论。     

M数缩尺法旋翼颤振动力相似模型设计

本文以延-2复合材料桨叶旋翼为例,用M数缩尺法尝试设计了缩尺比为1/5的颤振相似模型。设计从旋翼颤振微分方程开始,应用π定理得出10个独立相似准则数,列出各有关物理量缩尺因子后进行模型结构设计,从而得出了若干有益的结论。     

带有传动机构的翼段颤振半主动抑制

尝试了将磁流变阻尼器安装于机翼操纵面传动机构上的布局，并由此建立了非定常气动力下机翼-操纵面-传动机构的气动弹性动力学方程，利用on—off控制算法对系统进行颤振抑制，并且研究了控制延迟时间、控制电压以及阻尼器滞回宽度等参数对控制效果的影响。计算机仿真结果表明，控制延迟时间和控制电压对颤振临界速度有较明显的影响，而阻尼器的滞回宽度的影响不大，在本文的阻尼器安装布局和控制策略下，系统的颤振临界速度至少提高了17％。     

二元机翼颤振主动抑制的模拟仿真研究

本文着重介绍了用模拟计算机和部分仿真电子线路研究二元机翼颤振抑制的方法。并指出了用这种方法研究三元机翼颤振抑制问题的可能性。     

高超声速风洞连续变动压舵面颤振试验

为了研究舵、翼面高超声速颤振特性,中国航天空气动力技术研究院建立了高超声速风洞连续变动压颤振试验技术。对具有相同结构动力学和气动特性的舵面模型进行颤振试验,试验马赫数为4.95和5.95。试验中缓慢连续增加试验动压直至颤振发生,并由此获得颤振临界参数;采用短时傅里叶变换时频域分析法研究了试验中模型频率随动压变化的耦合特性,分析表明该模型在试验条件下发生了经典弯扭耦合颤振。试验中还采用亚临界试验数据对颤振余度法和阻尼外推法2种颤振边界预测技术进行了研究,2种方法在高超声速颤振试验中都显示了良好的预测精度。研究还表明,动压增加的速率对颤振边界的预测精度影响较小。采用红外热成像技术对模型的气动加热进行了研究,温度场测量显示舵面最高温度出现在舵根部前缘位置,舵前缘和舵面斜面中后部温度也较高;舵轴裸露在流场中的部分由于反射板附面层的影响其气动加热问题并不严重。     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性能理论研究

为研究5000m特大跨度悬索桥的三维空气动力稳定性能,首先实现了考虑竖向、侧向和扭转向三自由度自激力和静风荷载的三维全桥全模态颤振分析方法;其次根据风洞试验获得的气动参数对宽开槽和窄开槽两种方案进行了三维颤振性能分析,并与风洞试验和二维颤振分析结果进行了逐项对比,认为二维和三维颤振分析对于5000m悬索桥有可比性;然后实现了特大跨度悬索桥三维三重非线性静风性能分析方法,并对该方案进行研究发现5000m悬索桥的动力失稳先于静力失稳出现,静风稳定性能不控制设计.最终研究结论:从三维分析的角度看,中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽但设稳定板的方案都能给跨度达5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求,5000m特大跨度悬索桥的设计由空气动力稳定性能控制.     

亚跨风洞中舵面亚临界颤振试验

设计了舵面颤振试验装置,在亚跨超风洞中对展弦比2.0的NACA0012矩形舵面开展了颤振试验研究.试验马赫数范围为0.3~0.75.试验采用直接观测法获得舵面在不同质量特性条件下的亚声速和接近跨声速的颤振特性.同时还采用亚临界数据分析方法对试验的扭转应变信号进行了离线分析,即通过采用ARMA方法识别扭转应变信号的阻尼和频率,并通过阻尼外插得到颤振临界动压值.研究结果表明:该试验装置可以用于在现有亚跨超风洞中开展舵面颤振问题研究.当采集的亚临界信号为典型指数衰减信号时,以ARMA方法为基础的亚临界颤振试验技术可以稳定地识别出信号阻尼和频率,并较为准确地获得舵面的颤振临界动压、颤振频率等颤振参数.