直升机急拉杆机动飞行仿真建模与验证

 针对直升机大机动飞行仿真,建立了一个非线性的飞行动力学模型,考虑了翼型非定常/动态失速、机动飞行引起的动态尾迹畸变、桨叶弹性变形效应和发动机动态特性。采用基于有限元分析的挥舞-摆振-扭转耦合的弹性桨叶模型,并利用一种新的数值方法将旋翼/机体耦合运动方程表示为显式形式,整个飞行动力学模型表示为状态空间格式。以UH-60A直升机在高速飞行条件下的急拉杆机动飞行为例进行仿真计算,并与飞行试验数据进行对比验证。分析表明,仿真结果与试验结果吻合,高速飞行条件下机体抬头过程中前行桨叶非定常气动载荷的计算误差是引起旋翼和机体运动仿真误差的主要原因。     

弹性支撑条件下齿轮体的动力特性与啮合齿的动力响应

 结合齿轮的实际工作状况,建立了齿轮结构的弹性体动力学模型,进行了弹性动力学分析,得出了齿轮的弹性固有特性; 考虑了弹性支撑轴对齿轮体振动的影响,将其处理为弹性支撑,推导了弹性支撑弹簧刚度的表达式,并在弹性边界条件下,考虑了弹性圆盘对啮合齿响应的影响,建立了齿轮支撑系统的动力模型和轮齿响应计算模型,研究了齿轮支撑系统的固有特性,并与实验结果进行了对比验证; 求解了啮合齿的动力学响应,并进行了模拟仿真。研究表明采用弹性支撑条件进行齿轮支撑系统分析是真实、精确的,为齿轮弹性体的动载荷计算、动态设计和齿轮传动系统的精确动力学研究提供了一种分析方法。     

小卫星偏心分离动力学仿真模型的建立与验证

针对筒式偏心分离问题,以单星分离为例,基于多体动力学理论对小卫星分离过程动力学问题进行了仿真分析。分别对平动副约束简化模型和物理模型进行了探讨;论述了小卫星的偏心分离过程与地面模拟试验过程之间的对应比拟关系,对地面模拟试验的有效性进行了评估;依据地面试验结果,对比地面与空间零重力环境条件下小卫星分离时的运动特性,讨论了仿真模型的正确性,并分析了该类筒式偏心分离过程的力学现象与机理。     

考虑缓冲器非线性的桨毂中心动特性仿真分析

通过试验数据拟合建立缓冲器非线性动力学模型,采用仿真分析方法,仿真考虑缓冲器非线性动力学特性的桨毂中心动特性试验.仿真结果与试验结果进行比较表明,采用缓冲器非线性动力学模型能较准确地预计桨毂中心非线性动力学特性.分析了缓冲器非线性动力学特性对桨毂中心动特性的影响.     

飞机柔性对前起落架摆振的影响分析

以某型客机为对象,研究了飞机滑跑时前起落架的摆振动力学问题.基于多体动力学理论,采用子结构模态综合法将关键部件柔性化,建立了计及前起落架和机身弹性的全机地面滑跑刚柔耦合动力学模型,并进行了摆振稳定性仿真分析.采用起落架静力试验和模态试验的结果对模型进行校验,仿真结果与试验结果吻合较好.给出了以飞机速度和防摆阻尼系数组成...     

CFD/CSD方法分析动力效应对民机气动特性影响

基于Reynolds average Navier-Stockes(RANS)的三维Navier-Stokes流场控制方程耦合结构静力学方程时域分析方法,研究了带有发动机的民用飞机其动力效应对全机气动性能的影响。首先采用数值方法对发动机进排气边界条件进行了模拟,分析了带动力的涡扇发动机模型的流场,并将计算结果与实验进行比较,验证边界条件处理的准确性;以此为基础,考虑结构弹性变形,采用计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合的方法,分别对通气和带动力的翼吊发动机全机的气动性能进行了研究。结果表明:基于通气构型预测的升阻力系数,气动载荷和压心位置与考虑动力效应后的计算结果存在明显不同。弹性变形又会加剧这一差异,使得全机的升阻比下降约12.6%,升力系数下降约8.9%,压心位置后移。数值算例显示,在靠近发动机区域气动载荷受动力效应影响显著,远离该区域,弹性变形效应占主要影响因素,因此在进行带动力效应的民机气动性能分析时,考虑弹性变形的影响是十分必要的。      

基于气动力降阶的弹性飞机阵风响应仿真分析及验证

低速飞机在阵风作用下容易产生非线性气动力,从而引发非线性气动弹性效应,对飞行安全造成威胁。针对此类问题的分析,经典面元法无法满足计算精度要求,计算流体力学(CFD)/计算结构动力学(CSD)全阶耦合分析效率低下,因此需建立满足工程应用的高精度、高效率的飞行动力学仿真分析模型。针对以上问题提出了一种适用于工程的非线性气动力降阶模型(ROM)用以实现弹性飞机飞行动力学仿真,特别是低速飞机在遭遇大幅值阵风情况下的阵风响应仿真。以风洞试验飞翼飞机模型为对象,利用CFD方法获得了该模型的气动力数据,利用自回归移动平均(ARMA)方法和径向基函数(RBF)神经网络方法分别建立了该模型的线性气动力ROM和非线性修正气动力ROM。结合模型的刚弹耦合飞行动力学方程对模型遭遇阵风情况下的响应进行仿真分析,并将仿真结果和风洞试验结果及CFD/CSD计算结果进行对比。结果表明建立的基于非线性气动力ROM的弹性飞机仿真模型在气动力预测、稳定性分析及阵风响应分析方面的表现都优于基于线性气动力ROM的仿真模型,和试验结果及CFD/CSD分析结果一致性较好,且所建模型在相同工况下的仿真时间远低于CFD/CSD分析方法...     

轴对称矢量喷管机构弹性动力学分析

对轴对称矢量喷管机构进行了弹性动力学分析。建立了只考虑部分构件弹性的简化模型,对比了该喷管的刚体模型和弹性体模型的分析结果;通过进行ADAMS与ANSYS之间的双向数据交换,对该喷管弹性机构构件进行了动态应力分析。     

导弹抛底罩过程建模与分析

导弹冷发射采用底罩保护一级发动机,发射后需要将底罩抛离。为了防止底罩撞击地面设备,采用了铰链连接的利用弹簧作为分离能源的侧抛分离方案。对分离运动及动力学特性进行了研究,建立了底罩旋抛过程的运动学和动力学模型。对导弹底罩分离过程中受到的气动力、弹簧力和空气负压力等多种不确定性因素进行了灵敏度分析,通过仿真得到了底罩脱离角度和弹簧相关参数对分离过程的影响,并进行了参数优化。最后对考虑多个偏差影响下的分离方案进行正交仿真试验,得到了主发动机点火时底罩质心散布范围和底罩落点范围。     

复杂空间载流管道系统流固耦合动力学模型及其验证

 针对飞机复杂管路系统振动分析,提出了一种复杂空间管道系统流固耦合动力学模型,在模型中用梁单元对管道进行了离散,每个节点考虑了x、y、z这3个方向的平动以及绕x、y、z这3个方向的转动,共计6个自由度;在单元中考虑了流固耦合效应,计及了流体流速对管道振动的影响;建立了管道与基础、管道与管道间的弹性连接,以适应多个管道之间的耦合振动分析;模型采用Newmark-β数值积分法获取系统响应。针对实际液压试验台的空间管路系统,利用锤击法进行实验模态分析,将本文模型的仿真结果与实验结果和商用有限元软件ANSYS Workbench的计算结果进行了分析比较,验证了本文模型的正确性。最后,仿真计算了流固耦合作用下流速对管道系统固有频率的影响规律。     

“神舟”号飞船返回舱—推进舱之间弹簧分离装置研究

在航天器舱段之间弹簧分离中弹簧刚度和分离时间的计算公式基础上,根据"神舟"号飞船推进舱、返回舱的分离特点,给出了返回舱和推进舱弹簧分离装置的具体形式,然后运用动力学分析软件ADAMS对弹簧分离装置的性能进行了仿真分析,并根据分析结果对弹簧分离装置进行了改进。地面模拟试验及"神舟"号飞船飞行试验结果表明,弹簧分离装置性能稳定、可靠,满足飞行试验求。     

基于不确定性分析的级间分离建模与仿真

针对飞行器级间分离过程分离体受到耦合的多重不确定因素影响,导致分离仿真失真问题,将"有偏差无余量"的不确定性分析方法应用于仿真过程。首先,采用基于约束力方程的分离过程动力学方程来分析复杂受力条件下分离体的相对运动;其次,给出不确定性分析方法,开发了分离过程六自由度仿真分析软件,针对典型算例,利用ADAMS商业软件对分离仿真软件分析结果进行了校验,取得了一致的结果;最后,考虑各种偏差干扰,采用不确定性分析方法开展分离过程蒙特卡洛仿真,给出分离后飞行器状态的统计分析。结果表明,所提方法不仅为分离方案设计提供支撑,而且可降低不必要的系统余量,提高了飞行器总体设计水平。     

随机激励作用下飞机飞行姿态动力学研究

在不考虑客观随机因素的飞机飞行姿态动力学建模和仿真过程中,仿真结果通常与飞行实测数据具有一定的偏差.以飞行实测数据的统计分析为基础,研究了一种具有随机激励的飞行姿态动力学建模方法,并采用随机动力学的研究手段对飞机的飞行动力学问题进行仿真分析.计算结果显示,随机因素对于飞行姿态具有显著的影响,且考虑不确定因素的仿真模型随...     

刷式密封接触动力学特性研究

对刷式密封的结构动力学特性进行了分析,从弹性理论出发,考虑轴颈和密封环之间的非线性摩擦力作用,建立了密封环与转子相互作用的非线性动力学方程,推出了密封环对转子的非线性支承刚度的近似表达式,这一支承刚度的导出为研究转子—密封—轴承系统的非线性动力学行为奠定了基础。最后用数值仿真方法验证了本文推导出的表达式的正确性。     

舰载机蒸汽弹射动力学仿真分析

阐明了蒸汽弹射装置应用的必要性。在综合考虑热力学模型、牵引释放装置数学模型、舰载机动力学模型以及起落架突伸等因素的基础上,提出了舰载机蒸汽弹射动力学仿真分析模型。以C-13型弹射器和某型飞机为例进行了仿真分析,并与相关实验数据进行对比分析,其分析结果可为舰载机蒸汽弹射系统设计以及试验验证提供有益参考。     

无人机零长发射分离安全性分析

论述了零长发射闭锁力、释放机构剪切销尺寸、剪切力计算方法。利用虚拟样机技术(VPT)建立了无人机零长发射分离过程动力学仿真模型,对发射分离各种工况进行仿真分析,得到了无人机离轨运动规律、安全距离等参数,并对靶试工况进行仿真,仿真结果与靶试结果对比基本一致,验证了某型无人机零长发射的可行性和安全性。     

2.5维编织树脂基复合材料平板多尺度动力学模型修正

在2.5维编织树脂基复合材料多尺度固有振动分析的基础上,开展基于实测结构模态数据的复合材料平板动力学模型修正研究,以获取精准反映其动力学特性的模型。首先,建立复合材料平板固有频率对弹性参数的灵敏度分析方法,分析了平板固有振动特性的主要影响因素;其次,建立基于灵敏度分析的复合材料多尺度动力学模型修正方法,形成了基于MSC.NASTRAN平台的模型修正程序。最后,利用实测结构模态测试数据,实现对复合材料平板动力学模型的修正。结果表明,对关键弹性参数进行修正后,不同边界条件和纱线走向的复合材料平板试验件固有频率实测数据与仿真数据的最大误差由10.44%下降至2.39%,相关性得到了大幅改善。此外,所提出的自由模态测试方案结合动力学模型修正方法,为复合材料等效弹性参数的试验辨识提供了新的技术途径。     

弹性飞机空投载荷设计技术

飞机进行货物空投是进行飞行载荷设计时所需考虑的机动之一,现有的空投载荷设计方法主要是基于刚体飞机运动方程建立的,尚不能解决弹性飞机遭遇阵风时的货物空投载荷设计问题。为了提高空投载荷设计精度,考虑了飞机的弹性振动自由度,提出了弹性飞机遭遇阵风时的货物空投动响应和结构载荷分析方法。对弹性飞机空投动响应分析的主要难点为线性时变系统的动力学建模:基于稳定基底法,推导了弹性飞机货物空投动响应一般运动方程;采用最小状态(MS)法对频域气动力进行有理函数拟合;利用混合建模方法对时域离散阵风激励进行计算。对弹性飞机单件重装货物空投进行了仿真,重点分析了货物对载机地板的作用力和机翼的受载。仿真结果表明,本文提出的弹性飞机货物空投动响应分析方法可以很好地反映飞机的空投受载情况,能够作为弹性飞机空投载荷设计的手段。     

基于时标分解的弹性高超声速飞行器智能控制

考虑弹性高超声速飞行器纵向动力学模型，提出了一种基于时标分解的智能控制方法。考虑刚体状态和弹性模态具有不同的时标特性，采用奇异摄动理论进行快慢时标分解，将模型转换为刚体慢变子系统和弹性快变子系统。针对刚体子系统考虑动力学不确定，基于平行估计模型构造表征不确定逼近效果的预测误差，结合跟踪误差给出复合学习控制策略。针对弹性子系统设计自适应滑模控制稳定弹性模态。通过李雅普诺夫稳定性分析可证系统状态一致终值有界。仿真表明所提出的控制方法能够实现刚弹模态的稳定收敛，且具有更高的跟踪精度、更好的学习性能和更快的收敛速度。     

斜掠气梁充气翼湿模态分析与试验

参考气动弹性剪裁思想，通过将充气翼内部气梁沿展向偏转一定角度设计一种新型斜掠气梁充气翼。针对充气翼结构动力学特性研究需要对考虑周围空气影响的湿模态进行分析，在考虑空气附加质量影响和流场对于系统刚度贡献的前提下，发展了一种针对柔性充气结构湿模态快速建模分析的附加质量-刚度法。在柔性充气管算例验证了所提方法有效性的基础上，完成了对传统直梁充气翼和斜掠气梁充气翼湿模态的仿真研究，并与地面振动试验（GVT）结果进行对比分析。结果表明，3种充气翼湿模态仿真结果与试验结果均吻合较好，充气翼结构固有频率随充气内压上升而增加，同时相比于传统直梁充气翼，斜掠气梁充气翼第1阶与第2阶模态具有更低的固有频率之比，且弦向模态能够显著消除，对改善充气翼飞行器的气弹性能具有重要意义。