折叠翼颤振理论分析和计算方法

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qianwenlong
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近年来,各国掀起了变形飞行器研究的热潮。折叠飞行器作为变形飞行器的一种候选,也得到了极大的关注,它给传统飞行器设计理念带来了巨大的冲击。作为传统固定翼飞机的一种拓展,它在设计过程中不仅要面临传统飞行器所面临的问题,还需要在机翼折叠的背景下有技术创新,克服新出现的问题和困难。其中就包括在飞行中由于飞行器形状大幅度改变而产生的特殊性质。折叠角和铰链刚度的改变会对飞行器的的气动特性,结构动力特性和颤振特性产生重大的影响。本文首先建立了折叠飞行器的半机模型,对其进行模态分析,而后再利用偶极子网格法计算折叠翼的非定常载荷,接着用MSC/Nastran做颤振分析,最后用最小状态近似的方法得到折叠翼气动弹性分析的状态空间表达式并在一个特定折叠角下计算颤振速度,论文的主要研究工作如下:(1)建立折叠飞行器物理模型,对模型进行动力有限元分析,计算模型的模态振型。从中保留前几阶模态,而后改变铰链刚度和折叠角对模型重新进行分析,得出内外铰链刚度与折叠角对结构动力特性的影响趋势。(2)详细叙述非定常偶极子网格法的建立过程,用matlab编写它的程序代码,给出了一个经典算例的压力系数结果来验证程序的正确性,并将其用于60o折叠角的折叠翼飞行器模型上,在不同的折合频率下计算出对颤振分析至关重要的空气动力影响系数矩阵。而后利用振型数据得到控制点的法洗分布,使用无限板样条插值技术来建立气动网格和结构网格的连接,计算出广义气动力矩阵。(3)用Nastran软件对折叠翼模型进行颤振分析。重复动力学分析的步骤,得到它在不同折叠角和不同铰链刚度下的颤振特性。计算出每一个构型下的临界速度,并考察固有模态分支之间的相互关系对颤振造成的影响。(4)介绍了气动弹性状态空间方法的基本概念,用最小状态近似将频率域的广义空气动力矩阵推广到拉氏域内,给出部分空气动力的近似结果,并在此基础上导出了相应的状态空间方程,画出系统的根轨迹来判断失稳模态分支,并将特征值实部和虚部随流速变化分别画出图形,进一步判断失稳分支,获得颤振点,和Nastran所得的结果进行比较。
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