舰载机弹射起飞结构动态响应分析方法与应用

舰载机在弹射起飞过程中,载荷大、加速度大、距离短、时间短,且受大气扰动、航母运动的影响,存在复杂的强非线性多学科动力学耦合问题。文中建立了舰载飞机-弹射系统简耦多体动力学模型,考虑在舰面摇晃载荷、侧风载荷作用下,利用ADAMS 动力学仿真软件对舰载机弹射起飞进行刚柔耦合多体动力学仿真分析,获得弹射起飞过程中飞机机体过载传递路径和应变分布。通过仿真分析与相关文献中试验数据进行对比表明,这种仿真方法能够高效模拟强非线性复杂载荷耦合下的舰载机弹射起飞过程,为舰载机弹射起飞全过程研究及机身结构设计提供参考。     

直升机模式下倾转旋翼机多体气弹动力稳定性分析

通过多体动力学方法建立了倾转旋翼机动力学分析模型。结合动力入流，研究了直升机模式下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性。集成了非定常动态入流方程与倾转过渡状态的多体动力学方程，建立了倾转旋翼机时域非定常气弹耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例，在直升机模式下分析了桨叶摆振刚度及飞行速度对倾转旋翼机气弹稳定性的影响。数值计算表明：建立的多体动力学模型能够快速分析直升机模式下倾转旋翼机复杂的旋翼／机翼气弹耦合动力学特性。     

翼吊式发动机安装系统隔振设计技术研究

涡桨发动机安装系统隔振设计需综合考虑安装系统的隔振效率、振型解耦、机翼柔性影响等诸多设计要求,该文提出了基于弹性中心理论的安装系统设计方法,利用该方法获得了某型发动机安装系统缩比模型的设计参数,并联合使用有限元和多体动力学软件建立了其刚柔耦合计算模型,分析了柔性机翼对安装系统动态性能的影响。结果表明:机翼与减振器刚度比对系统的垂向模态和垂向振动耦合影响较大,机翼阻尼对高频共振响应影响较大。进一步获得了安装系统取得较好减振效果时的最佳刚度比,提出了一种考虑机翼刚度的发动机安装系统隔振设计方法。     

舰载机-拦阻器耦合系统动力学建模与仿真分析

拦阻过程是舰载机着舰过程中的核心环节。舰载机的着舰滑跑响应除受舰载机自身特性、起落架缓冲特性影响外,拦阻器的拦阻特性对舰载机着舰滑跑动响应也具有至关重要的影响。本文提出了舰载机-拦阻器联合仿真分析模型的建模方 法,建立了包含完整的MK7-3拦阻器刚柔耦合动力学模型和某型舰载机动力学模型为一体的舰载机-拦阻器刚柔耦合动力学系统。数值仿真分析结果表明,本文建立的舰载机-拦阻器耦合系统模型能够很好地描述舰载机着舰过程中与拦阻器之间的交互作用特征,舰载机着舰滑跑 数据的计算结果与实验结果吻合。     

多体系统的通用程序SNERM

本文介绍基于子系统牛顿欧拉递推法编制的可进行多体系统运动学、动力学分析的通用程序SNERM,该程序以解机器人链系统为主程序块,通过增加各子程序块从而可处理系统中含有多自由度铰、含有运动激励、参考体具有一般运动、具有复杂的拓朴结构的复杂多体系统的动力学问题。并包含奇异值分解(SVD)子程序块,故可用SVD缩并法解约束多体系统动力学及解具有冗自由度系统运动学问题,并采用递推及程式化计算公式,适合工程应用及具有较高的计算效率,可广泛应用于航天器、机器人、车辆、机构等多体系统运动学动力学分析。文中对子系统牛顿欧拉递推法的特点作了简述,并对递推及程式化计算公式作了归纳。最后给出了两个分别是参考体具有转动及非树机构动力学分析算例。说明该程序应用方便,工程实用,可扩展性好,通用性强且计算正确。     

旋翼与机身耦合的多柔体动力学方程

在分析旋翼系统的挥舞、摆振和变距运动的基础上，应用柔性多体理论建立旋翼系统的动力学方程，并利用超单元技术建立机身动力学方程，然后根据模态综合技术建立旋翼与机身耦合系统动力学方程。同时作线性处理，计算一个简单模型的固有频率，为旋翼与机身耦合系统的振动特性和响应分析提供一种新模型。     

倾转旋翼/机翼耦合系统过渡飞行瞬态响应分析

基于多体动力学方法建立倾转旋翼机过渡飞行瞬态响应分析模型,研究过渡飞行状态下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性;通过引入倾转过程旋翼尾迹弯曲影响,修正直升机旋翼常规动态入流模型。集成非定常动态入流方程与倾转过渡飞行的多体动力学方程,建立倾转旋翼机过渡飞行状态下时域非定常耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例,分析倾转旋翼机倾转过渡飞行瞬态响应时间历程。数值计算表明:本文建立的时域模型能够快速有效分析倾转旋翼机在过渡飞行时的瞬态特性,能够反映倾转旋翼机旋翼/机翼间复杂的气弹耦合动力学关系。     

弹-架分离系统动力学中的边界参数影响分析

机载导弹的发射经历着从发动机点火到导弹与载机分离的复杂动力学过程,其间作用有冲击和气动载荷,而导弹-发射装置-飞行器之间有着复杂的结构连接边界.本文建立了分离冲击条件下机载导弹与发射滑轨系统结构连接的动力学模型,利用仿真软件MSC.ADAMS/Vibration进行了系统的动力学虚拟试验与分析,研究了系统在低阶模态下连接结构的刚度和阻尼对系统频响函数的影响.本文研究为导弹发射动力学分析和弹-架系统动力学设计与优化提供了理论基础.     

"金属风暴"武器发射动力学建模与仿真

射击精度、发射安全性和动态设计手段缺乏是制约"金属风暴"武器发展的难题.基于多体系统传递矩阵法,从弹、炮、药武器系统的角度,建立了"金属风暴"武器多刚柔体系统发射动力学模型和发射动力学方程,解决了"金属风暴"武器固有振动特性计算和动力响应分析难题.编制了"金属风暴"武器发射动力学仿真程序,仿真得到了振动特性、内弹道、膛内运动、动力响应、射击密集度等,建立了武器动态性能与系统总体参数间的定量关系.研究结果为解决制约"金属风暴"武器发展的难题,为"金属风暴"武器动态设计、改进和性能提高提供了理论依据与技术手段.     

变截面梁弹簧质量系统自由振动分析与物理参数识别(英文)

为了研究变截面梁弹簧质量系统,通过有限元思想对模型进行离散化,应用多体系统传递矩阵法建立该系统动力学模型,推导变截面梁的传递矩阵,并计算了系统的固有频率。该方法计算结果优于数值拼装法(Numerical assembly method,NAM)计算结果,更接近高精度的有限元仿真结果。而且采用该方法,无需建立系统动力学方程并且可降低涉及矩阵阶次。为了研究多体系统物理参数识别反问题,将多体系统传递矩阵法与遗传算法相结合,将物理参数识别问题转化为参数优化问题,建立与系统固有频率相关的全局最小量作为目标函数。最后给出了数值算例,结果说明了该方法的可行性和有效性。     

高超声速有翼导弹多场耦合动力学的研究和进展(下)

在对国内外文献调研的基础上,就有关高超声速有翼导弹多场耦合动力学分析和仿真技术的研究和发展现状进行评述,包括气动加热、大攻角非定常气动力、结构传热和温度场分析、热弹性耦合和热模态分析、耦合动力学分析的数学模型和求解方法等内容。最后针对高超声速有翼导弹提出进一步研究开发的建议。     

可折叠张拉整体-薄膜系统的可控形态展开

针对可折叠薄膜航天器的特点和设计需求，设计一种由杆件、弦绳、薄膜构成的新型可折叠/展开的刚柔耦合多体系统：可折叠张拉整体-薄膜系统。杆件可以提供充足的系统刚度，通过控制弦绳拉力可实现系统形态变化和形态控制，薄膜折叠技术可明显减小系统折叠形态的外形尺寸。采用非线性有限元方法建立系统动力学模型，用于描述系统运动中的几何非线性特性和薄膜折叠/展开过程中的材料非线性特性。基于准静态控制和H_∞控制方法设计一种系统形态展开组合控制策略，仿真结果表明该控制策略可以在系统预应力构型发生切换的情况下实现系统形态展开，并且在展开形态下快速稳定系统并抑制系统振动。     

直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析新方法(英文)

研究了前飞状态下直升机旋翼 /机身耦合系统的气动 /机械稳定性问题。根据柔性多体系统动力学理论 ,通过构造一种 2 4自由度的刚柔混合单元得到旋翼 /机身耦合系统的周期时变运动方程 ,建模中考虑了桨叶预锥、后掠、中等弹性变形以及直升机机身和传动轴的弹性影响 ,体现出铰接式桨叶绕挥舞、摆振和变距铰的整体刚性运动与桨叶中等弹性变形之间的动力学耦合作用 ,推导中对桨叶挥舞、摆振和变距转角幅值未加任何限制。根据 Floquet理论对稳态周期解的稳定性进行研究 ,采用 Newmark直接数值积分方法得到转移矩阵。对某新型直升机的气动 /机械稳定性进行了分析 ,结果发现对于给定的前飞状态是稳定的 ,但是随着传动轴弯曲和扭转刚度的降低出现不稳定现象。     

高超声速有翼导弹多场耦合动力学的研究和进展(上)

在对国内外文献调研的基础上,就有关高超声速有翼导弹多场耦合动力学分析和仿真技术的研究和发展现状进行评述,包括气动加热、大攻角非定常气动力、结构传热和温度场分析、热弹性耦合和热模态分析、耦合动力学分析的数学模型和求解方法等内容.最后针对高超声速有翼导弹提出进一步研究开发的建议.     

半柔壁喷管机构动力学仿真技术研究

基于刚柔耦合动力学仿真软件ADAMS,设计了半柔壁喷管的机构动力学仿真流程.在此基础上,针对柔性壁板的大挠度变形以及螺钉联接接触等非线性问题,综合分段线性化、等效刚度等处理方法,建立了半柔壁喷管机构动力学仿真模型.经与NASTRAN软件非线性有限元计算以及柔壁力学试验等结果比较,表明该半柔壁喷管机构动力学仿真模型具有较高的合理性和正确性.最后,检查了柔壁型面与气动型面之间的吻合度,并且分析了推杆驱动位移对试验段静压的影响关系.     

大长细比旋转式火箭弹柔性变形对弹道运动的影响

为了研究柔性小变形对大长细比旋转式火箭弹弹道运动的影响,建立了旋转式火箭弹的刚柔耦合动力学模型。运用有限元法来解算弹体柔性小变形,运用弹道仿真来解算空间大运动,通过两种解算方法之间力和攻角的交换来完成刚柔耦合过程。对比了刚柔耦合模型和纯刚体模型的部分弹道。由对比可以看出弹体的柔性变形对火箭弹弹道影响很大,必须充分予以考虑。     

燃气发生器喷喉面积对导弹发射动力的影响

为提高潜艇的快速反应能力，必须使潜艇具备导弹变深度发射能力，则导弹发射系统就必须提供能量可变的发射动力。根据发射系统内弹道计算模型，针时燃气发生器喷喉面积对导弹发射动力的影响进行导弹运动参数、内弹道性能的计算与分析。在发射筒构造诸元和装填条件确定时．当燃气发生器喷喉面积在一定范围变化，导弹运动加速度、出筒速度以及燃气工质的做功能力发生相应改变。因此提出在喷管内设有一调节锥，通过改变调节锥的轴向位置来控制喷喉面积，以实现有限度的可调发射动力，并给出时应于某发射深度范围的喷喉面积调节范围。研究结果表明．通过控制燃气发生器喷喉面积，使潜射导弹发射动力得到有效调节，从而在理论上能实现导弹变深度发射。     

绳系卫星系统周期运动的分岔与镇定

考虑到绳系卫星系统主星姿态的作用,研究状态保持阶段绳系卫星系统的非线性动力学。首先建立含姿态的绳系卫星姿-仰耦合两自由度非线性动力学模型,通过摄动法解析地获得系统的周期运动,利用Floquet理论分析轨道偏心率对该周期运动稳定性的影响。然后,通过与姿态有关的两个系统参数,对绳系卫星系统周期运动的分岔进行了数值仿真。结果表明,姿态和俯仰运动耦合导致绳系卫星系统产生多个概周期运动并存的复杂动力学行为以及混沌运动。最后,为将混沌运动引导到某个稳定的周期运动上,提出利用线性速度反馈的镇定策略。     

多刚体系统动力学的正则方程与辛算法

针对多刚体系统动力学数值计算精度的关键问题，首先采用Ｋａｎｅ方程导出了二阶形式的动力学方程，并研究了其中系数矩阵的恒等关系，进而建立了多刚体系统动力学的哈密顿体系并获得正则方程。在此基础上，分析了多刚体系统动力学数值积分的能量耗散现象，揭示其根源在于，数值算法用前一时刻值代替当前值。理论分析和计算结果表明，采用多刚体系统动力学的正则方程与辛算法的结合，可使多体系统动力学的数值计算性态得以改善，能有效消除“能量耗散”现象，从而使动力学计算的误差累积与违约得以控制，保证了计算精度。     

基于多目标优化算法的导弹动力学模型修正技术

工程上对导弹的结构动特性分析是姿态控制和动载荷计算的基础,然而动特性的精确预示往往依赖于有效的导弹动力学模型的修正。结合单纯形优化算法和有限元法给出了一种基于多目标优化算法的导弹动力学模型的修正方法,模型修正后的前三阶频率和振型计算结果与试验结果均吻合较好。该方法优化过程简单,修正结果理想,是一种有效的有限元模型修正方法。