超声速流动中功能梯度曲壁板的热气动弹性颤振机理

对高超声速环境中功能梯度曲壁板的热气动弹性颤振机理及分岔特性进行了研究。分别采用活塞理论和Eckert参考焓方法模拟气动力以及气动加热效应,在求解板内二维热传导方程以及考虑温升对材料物性影响的基础上,建立了一个气动加热-气动弹性双向耦合的功能梯度曲壁板的热气动弹性颤振模型。采用有限元方法对曲壁板控制方程进行了数值模拟,着重分析了不同拱高下曲壁板的分岔行为,探讨了拱高变化对曲壁板分岔图的影响,发现了曲壁板颤振三种典型的颤振行为,即:热屈曲、混沌以及规则振动。对初始拱高板厚比为1时,曲壁板的两种规则振动行为进行对比发现,随着马赫数的增大,气动加热效应所引起的热内力会使曲壁板的规则振动更加复杂,同时振动的主振型及频率均会发生变化。     

机动飞行条件下双转子系统动力学建模与响应分析

考虑航空发动机双转子中介轴承的耦合作用及陀螺力矩的影响,利用Lagrange方程建立了机动飞行条件下双转子-滚动轴承支承耦合系统动力学模型,对耦合双转子系统的动力学特性进行了理论与实验研究.结果表明:随着内外转子转速比增大,高压转子振动幅值减小,分岔点处转速增大,最大增幅近67.49%.机动飞行使转子的振动响应幅值增大,出现较多分频.在跃升和横滚飞行姿态下,高压转子响应主要表现为:随着跃升速度增加,高压转子振动幅值明显增加,最大增幅近409.24%,分岔点对应的速度增大;在横滚速度增大时,转子振动特性主要表现为从复杂的运动形态变换到单周期运动形态,转子的振动幅值明显增加.利用基础运动双转子模型实验台对跃升和横滚两种飞行姿态下耦合双转子系统的部分动力学特性进行了实验研究,实验结果与数值模拟结果有较好的一致性,证明了计算结果的正确性.      

非定常气动力对飞行动力学特性影响分析

在模糊逻辑非定常气动力建模的基础上,研究了非定常气动力对飞行动力学特性的影响.首先分析了非定常气动模型与定常气动模型的差别.其次采用分支分析方法,对带定常与非定常气动模型的飞行动力学系统的陡尾旋状态平衡分支图进行计算、比较与分析.并通过仿真对结果进行验证.研究表明,在大迎角状态下,非定常气动模型与定常气动模型存在较大的差别,对飞行动力学特性将产生一定的影响,需要在大迎角控制律设计中考虑非定常气动力的影响.     

飞机深失速改出特性分析与控制

用分支分析方法分析了不同构型飞机的深失速特性,用反向积分技术计算了深失速吸引子的吸引域。然后分别用李雅普诺夫方法和滑模反控制方法设计了两种深失速改出控制律,即俯仰振荡控制律与滑模反控制律。通过分析比较,得出了两种控制律之间的内在联系。最后分析了影响深失速改出特性的主要因素。     

不带稳定翼飞船返回舱俯仰动稳定性研究

联盟号飞船返回舱,如果不存在稳定翼,从高超声速到低Mach数时,力矩曲线有由一个平衡迎角(α1),经二个(a1、α'2)到三个(α1、α2、α3)平衡迎角的情况出现.当有一个平衡迎角时,可能有一临界Mach数Mcr,当M∞＞Mcr时,平衡迎角处是动稳定的;M∞＜Mcr,变为动不稳定的,同时出现极限环.也可能不存在这个Mcr,这时随Mach数降低到M∞=M'cr,即2个平衡迎角的情况,在力矩曲线与α轴相切的平衡点α'2,会出现鞍、结点分叉.M∞＜M'cr后,对于存在三个平衡点的情况,在α和α的相图上,它是结点-鞍点-结点的结构.当α1处是稳定结点形态时,只有在很小的扰动情况下,它才能返回α1的状态.如果α1为不稳定结点状态,在α1附近,微小的扰动,使迎角由α1迅速变成α3或者更大.这是混沌的先兆.     

复合材料层合板的二次失稳和破坏研究

 本文采用考虑横向剪切效应的三角形拟协调罚函数单元,推导了带有初始挠度的复合材料层合板在后屈曲阶段的增量平衡方程和相应的切线刚度矩阵,以及非线性特征方程,并以数值计算研究了单元的精度和收敛性,二次分支点的存在性和边界条件、加载方式及铺层次序对二次失稳和破坏载荷的影响。     

飞机大迎角机动飞行控制律研究

 本文以分歧突变理论为基础,采用非线性数学模型,建立了求解分歧面的理论方法。文中通过对分歧面的分析研究,得到了避免飞机出现急滚发散的舵面极限值;通过分析分歧面上平衡解的个数和稳定性的变化情况,设计了使飞机进入或退出失速尾旋的操纵规律。经时间历程验证,所得结论正确可靠。     

Airfoil Aeroelastic Flutter Analysis Based on Modified Leishman-Beddoes Model at Low Mach Number

Based on modified Leishman-Beddoes (L-B) state space model at low Mach number (lower than 0.3), the airfoil aeroelastic system is presented in this paper. The main modifications for L-B model include a new dynamic stall criterion and revisions of normal force and pitching moment coefficient. The bifurcation diagrams, the limit cycle oscillation (LCO) phase plane plots and the time domain response figures are applied to investigating the stall flutter bifurcation behavior of airfoil aeroelastic systems with symmetry or asymmetry. It is shown that the symmetric periodical oscillation happens after subcritical bifurcation caused by dynamic stall, and the asymmetric periodical oscillation, which is caused by the interaction of dynamic stall and static divergence, only happens in the airfoil aeroelastic system with asymmetry. Validations of the modified L-B model and the airfoil aeroelastic system are presented with the experimental airload data of NACA0012 and OA207 and experimental stall flutter data of NACA0012 respectively. Results demonstrate that the airfoil aeroelastic system presented in this paper is effective and accurate, which can be applied to the investigation of airfoil stall flutter at low Mach number.     

Bifurcation in a 3-DOF Airfoil with Cubic Structural Nonlinearity

Limit cycle oscillations (LCOs) as well as nonlinear aeroelastic analysis of a 3-DOF aeroelastic airfoil motion with cubic restoring moments in the pitch degree of freedom are investigated.Aeroelastic equations of an airfoil with control surface in an incompressible potential flow are presented in the time domain.The harmonic balance (HB) method is utilized to calculate the LCO frequency and amplitude for the airfoil.Also the semi-analytical method has revealed the presence of stable and unstable limit cycles,along with stability reversal in the neighborhood of a Hopf bifurcation.The system response is determined by numerically integrating the governing equations using a standard Runge-Kutta algorithm and the obtained results are compared with the HB method.Also the results by the third order HB (HB3) method for control surface are consistent with the other numerical solution.Finally,by combining the numerical and the HB methods,types of bifurcation,be it supercritical,subcritical,or divergent flutter area are identified.     

考虑减摆器非线性特性的前起落架摆振分析

飞机的前起落架摆振通常在飞机起飞或降落滑跑的过程中发生，对飞机的稳定性和操纵性产生危害，是一种严重的飞机故障。针对某型号无人机，基于动量矩定理，建立考虑起落架侧弯、扭转的摆振数学模型，讨论使用传统油液阻尼减摆器和电磁阻尼减摆器时不同的动力学模型。对于传统油液阻尼减摆器，采用等效线性模型，得到摆振临界稳定阻尼曲线的上下边界；而对于电磁阻尼减摆器的非线性模型，使用分岔分析理论确定系统的摆振稳定区域。结果表明：过大的减摆阻尼对摆振无法起到抑制的作用，得到控制参数平面上摆振的稳定区域，可为后续的起落架减摆设计提供参考。