非定常空化流动及其诱导振动特性研究综述

针对非定常空化流动及其诱导振动特性,从试验和数值计算等方面进行了总结。在空化流动的实验技术方面,详细评述了由单一测量到多场同步测量的发展,指出实现结构和空化流动的多场同步精细测量是试验技术的发展方向。对近年来发展的非定常空化数值模拟方法进行了总结,认为机器学习与计算流体动力学(CFD)的结合将是非定常空化流动和空化流激振动数值模拟方法发展的方向之一。通过对空化流激振动特性的试验与数值模拟研究结果的分析和总结,认为空化发展过程的强烈不稳定行为是影响结构动态振动响应特性的主要因素,通过X射线等技术深入分析空化区域内的回射流与冲击波演化特征,并结合精细化结构振动测试技术,将是今后进一步研究空化流动机理、理解非定常空化流激振动特性的重要关注点。     

轮胎参数对双轮式起落架刹车耦合振动影响研究

目前对飞机起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在考虑轮胎参数影响的起落架纵向单自由度振动特性分析，对于多自由度低频刹车耦合振动的特性研究不足。基于Simcenter 3D 动力学分析软件建立双轮支柱式起落架刚柔耦合整机滑跑刹车分析模型，研究轮胎竖向刚度和侧偏刚度对双轮支柱式起落架低频刹车纵向、横向和扭转的多自由度耦合振动的影响。结果表明：轮胎的竖向刚度对起落架横向和扭转方向上的振动影响较大，轮胎竖向刚度变化33%，横向和扭转方向上的振动变化5% 左右；轮胎的侧偏刚度对起落架低频刹车横向上的振动影响较大，轮胎侧偏刚度变化33%，横向上的振动变化15% 左右。     

节流通道振动对碳氢燃料不稳定流动的影响研究

通过实验发现振动的节流通道会引起碳氢燃料的不稳定流动现象。为了探究节流通道振动引发碳氢燃料不稳定流动的机理，采用数值求解三维Reynold-Averaged Navier-Stokes（RANS）方程和k-ω湍流模型的方法研究了节流通道振动对流场动态特性的影响，重点关注节流通道振动对扩张结构附近流动分离的动态特性的影响。数值模拟节流结构两端压差与实验数据对比，验证了所采用的数值方法和湍流模型的有效性。结果表明，当燃油流动方向和节流通道振动方向一致时，会发生不稳定流动现象。当燃油流动方向和节流通道振动方向垂直时，不会发生不稳定流动现象。通过流场的动态分析，发现振动方向与流动方向一致时扩张结构附近非定常涡会发生轴向的周期性运动，从而导致了不稳定流动的现象。振动速度越大，不稳定流动程度越大。     

考虑结构因素的起落架摆振稳定性分析及优化

以考虑侧向柔性和陀螺特性的摆振数学模型为例,研究了起落架摆振结构因素的影响.采用代数稳定性判据、状态空间法等方法进行了稳定性分析,得到了有关侧向刚度、偏摆刚度和稳定距等结构因素的稳定性区域,以及幅相特性曲线.而且对于起落架摆振优化,提出了基于遗传算法的PID主动控制策略.仿真结果表明,方法有效抑制了各种结构参数组合下摆振的发生,使得受控系统具有一定的强鲁棒性.     

直升机主起落架疲劳试验技术研究

以直升机主起落架疲劳试验为对象，对试验内容、试验方法、试验实施及试验结果进行分析。通过试验验证确定了起落架的疲劳危险区域，并为优化零件结构提供了依据。     

1200℃高温环境下板结构热模态试验研究与数值模拟

高超声速飞行器高马赫数飞行时,翼、舵及垂尾等板形姿态控制结构将会面临极为严酷的高温环境,为了获得难于实测的结构在高温与振动复合环境下的热模态参数,本文将瞬态气动热试验模拟系统与振动试验系统相结合,建立了高温热/振联合试验测试系统,实现了高达1200℃热环境下矩形板结构的模态频率等关键振动参数的试验测试。同时,对矩形板结构的热模态特性进行了数值计算,并将试验结果与计算结果进行对比验证。试验中通过自行研制的耐高温陶瓷导杆引伸装置将结构上的振动信号传递至高温热场之外,使用常温加速度传感器对振动信号进行参数识别;并运用时-频联合分析技术对试验数据进行分析处理。本文所获得的高温环境(200~1100℃)下矩形板结构的模态频率的试验结果与数值计算结果取得了比较好的一致性,验证了本试验方法的可信性及可用性。本研究结果为高超声速飞行器翼舵结构在高温环境下的振动特性分析以及安全可靠性设计提供了重要的试验手段和参考依据。     

亚临界雷诺数圆柱涡致振动的实验研究

近年来，数值模拟结果表明圆柱涡致振动现象可在低至20的亚临界雷诺数下发生，但目前尚无相关实验证明该种现象的存在。本文首先研发了适用于低雷诺数流固耦合实验的旋转水槽，而后在此基础上开展了亚临界雷诺数下圆柱涡致振动实验，分别研究了支撑频率和雷诺数对涡致振动响应的影响。发现圆柱涡致振动存在的最低雷诺数为23，与数值模拟结果接近，证实了亚临界雷诺数涡致振动的存在；另外，发生亚临界涡致振动时，在尾迹区观测到了频率与圆柱振动频率一致的卡门涡脱，说明弹性支撑特性会使得流动稳定性降低，证实了相关数值模拟结果的正确性。     

舰载机起落架突伸性能参数敏感性分析

以配置优化变截面油针的双腔油气缓冲器为研究对象,基于经典的二质量弹簧-阻尼动力学模型,从一组原始参数出发,考察了低压腔初始压力、高低压腔转换支柱临界行程位置、轮胎预压缩量以及油液缩流系数等起落架结构与充填参数的变化对舰载机突伸性能的影响。数值仿真结果表明,以上各参数对突伸性能的影响有别于它们对缓冲性能的作用,并且对振荡特性和突伸时间的影响还各有侧重,一起构成了起落架突伸性能参数敏感性分析的完整性。     

简谐基础加速度激励下的点阵结构优化设计

航空航天类产品面临愈加剧烈的振动环境,同时对结构的设计也提出了更高的轻量化需求。针对简谐基础加速度激励下的结构振动抑制问题,基于高比强度、比刚度的轻质点阵结构,提出通过优化点阵结构杆件的截面尺寸来降低结构动响应的优化方法。以点阵结构杆件的截面尺寸为设计变量,结构体积为约束,建立简谐基础加速度激励下结构关键点处位移响应最小为优化目标的优化数学模型。采用模态位移法高效求解结构动响应及灵敏度,并通过GCMMA优化算法实现优化问题求解。数值算例和振动实验表明所提出的点阵结构优化方法在保证结构轻量化的同时,能够大幅度降低结构的振动响应。     

航空发动机整机振动控制技术分析

针对高性能航空发动机结构复杂性和高温高转速工况下动力学稳定性问题,提出了航空发动机转子动力学特性设计分析是振动控制技术的牵引,装配工艺控制技术是关键,振动试验测试技术是依赖手段的整机振动控制技术思路。总结了发动机结构动力学计算分析技术、结构装配工艺优化技术、整机振动测试技术以及多年在发动机试验和试车中遇到的振动故障特征分析经验,分析了目前发动机整机振动控制技术存在的问题,提出了未来工作发展的思路     

扇翼飞行器气动特性优化设计

采用多目标优化和数值模拟结合的方法对扇翼飞行器气动特性进行了优化研究。CFD计算结果与文献结果对比,验证了数值方法的可靠性。计算得到多结构参数影响下扇翼飞行器高升力、低阻力的优化结构参数和主要影响因素。研究结果表明,建立的近似数学模型和优化结果精度较高,满足工程需要。优化后,扇翼飞行器的升力和推力较大,飞行器气动特性得到显著改善。     

直升机主减机匣结构振动噪声分析与优化

针对直升机主减速器机匣的振动噪声问题,对机匣进行基于频率响应和模态贡献量的结构动力学特性分析,给出机匣的振动特性,并确定对结构振动特性起主要影响的模态.利用间接边界元与有限元相结合的方法,应用基于结构面板声功率贡献量的分析方法,进行结构噪声功率分析和结构噪声功率面板贡献量分析,给出机匣的声学辐射特性,找出相应激励频率下对结构噪声功率贡献量最大的面板.以该面板为设计域进行结构拓扑优化,并根据优化结果合理布置加强筋,以提高结构刚度,达减振降噪的目的.结果表明:结构速度频率响应峰值下降了36%,减振效果良好,结构声功率级有了明显的降低,其中声功率级峰值下降了5dB,降噪效果良好,为直升机主减机匣提供了一种可行的减振降噪方法.      

基于优化算法和GVT结果的结构质量模型修正

提出了一种基于优化算法和GVT结果的结构质量型修正方法，利用模态正交性条件构造目标函数，并考虑结构总质量特性约束，利用GVT结果对给定的粗糙的结构离散质量分布进行修正，数值仿真表明，该法提高了结构质量模型的精度，使修正后的离散质量分布与真实的离散质量分布吻合。     

基于气/固耦合非定常流动的叶栅颤振分析

采用二维N-S方程／结构振动方程组耦合数值方法，分析计算了二维非定常气动力强迫振动条件下振动能量及气动力对叶栅所做的功，分别根据振动能量和气动力做功分析了叶栅的颤振特性。NACA0012和PROF叶栅在不同折合频率下气动参数随时间的变化表明，折合频率是影响叶栅颤振的重要因素。气固耦合方法得到的NA-CA0012叶栅颤振折合频率比非耦合的结果高，而对PROF叶栅则相反。这表明叶栅结构动力参数对其发生颤振时的折合频率影响很大且很复杂，要准确预测颤振应该考虑叶栅结构动力与气动力的耦合因素。     

板式动力吸振器设计研究

深入研究了板耦合机组结构的振动特性,提出了板式吸振器的概念。并以导纳理论为基础推导了系统各部分功率流表达式。通过数值仿真研究了板上主要结构参数变化对吸振效果的影响。以此为依据,对某一泵机组的吸振控制进行了设计优化,取得了良好效果。     

飞机起落架系统摆振动力学研究进展

摆振是起落架支柱侧向运动与围绕支柱的扭转运动相互耦合产生的自激振动，对飞机地面滑行的操纵性与安全性等具有很大的危害，是起落架系统设计中重点关注的动力学问题之一。摆振主要有“轮胎型”和“结构型”2类，可以采用动力学理论建模、多体动力学数值分析与全尺寸物理试验等方法对起落架系统的摆振特性进行研究，已发展了线性与非线性理论建模方法和数值工具，建立起了起落架摆振试验系统，也开展了全机瞬态激励下的滑跑稳定性试验。为防止摆振问题的产生，在认识摆振机理的基础上，研究者广泛而又深入地研究了起落架设计参数、轮胎参数、机体特性等对滑跑动响应与稳定性的影响，在获得各种设计参数对起落架摆振稳定性影响的基础上，发展了摆振动力学优化设计方法和智能器件与半主动/主动控制的摆振抑制方法，并开展了试验验证或装机演示验证。结合未来飞机平台的发展和起落架技术的创新，对起落架摆振动力学问题的未来发展方向进行了展望。     

自适应桁架结构振动控制中主动构件的最优配置

主动构件的最优配置对于自适应桁架结构的设计和振动控制十分重要。为了确定主动构件在自适应桁架结构中的配置,通过引入闭环模态耗散能因子概念,来评价主动构件在结构振动阻尼控制中引入的结构模态主动阻尼的相对大小,由此建立主动构件配置多目标优化问题,并通过一平面自适应桁架结构优化数值计算,说明了该优化配置方法的正确性和有效性     

起落架下位锁作动筒结构设计和优化

根据前起下位锁作动筒的工况对其进行了受力分析,确定前起下位锁作动筒主要承力件最严酷受力环境;采用有限元针对下位锁作动筒的强度进行了仿真计算,并依据计算结果对下位锁作动筒进行了结构优化,总结了起落架系统结构设计和优化流程.本文探索了基于有限元法的结构分析与优化技术,为起落架系统结构设计提供了参考.     

大型民机起落架噪声分析

本文着重讨论了大型民用飞机起落架噪声的气动声学特性、预测方法以及如何降低起落架噪声等三个问题:先分析了气动声学特性,包括噪声的产生机制及声源的位置与频率分布;然后给出了风洞试验、半经验和计算气动声学(CAA)三种预测方法;最后讨论了两种降低起落架噪声的方法,即优化起落架外形和计算最优着陆速度和高度。     

高空台动静架连接新型篦齿密封结构封严特性研究

针对高空模拟试车台动静架连接处气体泄漏问题,开展基于中段进气的新型篦齿密封结构优化设计与封严特性的数值模拟与试验研究。设计了新型篦齿密封结构,选取篦齿齿尖厚、齿根厚及后倾角为参数变量,泄漏量为优化目标函数,根据Box-Behnken方法设计的样本点和数值计算结果建立二阶响应面模型,开展新型篦齿密封结构泄露特性数值模拟与优化研究,并通过实验进行验证。研究表明,实验结果与有限元计算结果误差不超过10％,验证了数值模型的准确性;通过优化设计与分析,新型篦齿连接结构泄漏量降低12.5％,使得该结构更容易实现最优的封严效果。新型篦齿密封结构封严特性较初始结构提高99.2％,消除了由连接处泄漏带来的附加阻力695.2N。本研究对改进现有高空台动静架连接篦齿密封结构,提升其试验台推力测量的准确性具有重要作用。