大展弦比機(jī)翼的非線性氣動(dòng)彈性響應(yīng)研究.pdf

1、機(jī)翼顫振是一種典型的氣動(dòng)彈性現(xiàn)象。在氣動(dòng)力作用下，大展弦比機(jī)翼會(huì)產(chǎn)生較大的變形，而大變形又會(huì)影響氣動(dòng)力的分布。這種氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)耦合的特點(diǎn)會(huì)使飛機(jī)發(fā)生顫振，從而限制其飛行速度。本文采用基于Wagner函數(shù)的非定常氣動(dòng)力，考慮大展弦比機(jī)翼的幾何大變形和機(jī)翼外掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非線性，運(yùn)用伽遼金法進(jìn)行離散，對(duì)大展弦比機(jī)翼及機(jī)翼外掛系統(tǒng)的非線性響應(yīng)進(jìn)行了深入的研究，分析了各種參數(shù)對(duì)系統(tǒng)顫振特性的影響以及系統(tǒng)發(fā)生分叉失穩(wěn)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形態(tài)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)

2、方面:
　　1.推導(dǎo)了大展弦比長(zhǎng)直機(jī)翼的氣動(dòng)彈性運(yùn)動(dòng)方程，基于Hopf分叉代數(shù)判據(jù)分析了系統(tǒng)平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性，并對(duì)兩種時(shí)域氣動(dòng)力的計(jì)算方法進(jìn)行了對(duì)比。分析了機(jī)翼的各種參數(shù)對(duì)顫振邊界和屈曲邊界的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)展弦比越大，顫振臨界速度和顫振頻率越小;系統(tǒng)的屈曲邊界與重心位置無關(guān)。由于幾何非線性的影響，隨流速的增加系統(tǒng)響應(yīng)較為復(fù)雜，通向混沌的途徑也不同。
　　2.建立了大展弦比長(zhǎng)直機(jī)翼外掛系統(tǒng)的氣動(dòng)彈性運(yùn)動(dòng)方程，運(yùn)用伽遼金方法進(jìn)行離

3、散，利用MATLAB語(yǔ)言編程對(duì)系統(tǒng)的氣動(dòng)彈性響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:增加外掛質(zhì)量，安裝在靠近翼尖位置并且位于彈性軸之前約30-40％半弦長(zhǎng)時(shí)，顫振臨界速度最大;外掛連接剛度的降低，會(huì)使顫振臨界速度減小。初始條件雖然不會(huì)影響系統(tǒng)的顫振臨界速度，但對(duì)顫振后某個(gè)速度區(qū)間的響應(yīng)形式有所影響。系統(tǒng)的屈曲邊界與外掛參數(shù)無關(guān)，當(dāng)外掛連接剛度較小時(shí)，系統(tǒng)先發(fā)生顫振;當(dāng)外掛連接剛度較大時(shí)，系統(tǒng)先出現(xiàn)屈曲現(xiàn)象，且不同連接剛度下，系統(tǒng)屈曲后的響應(yīng)不同。

4、
　　3.在外掛聯(lián)結(jié)位置，引入了初偏間隙非線性、分段線性型非線性和中心間隙非線性三類結(jié)構(gòu)非線性，通過數(shù)值模擬分析了結(jié)構(gòu)非線性對(duì)機(jī)翼外掛系統(tǒng)的顫振特性及響應(yīng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):基于KBM法的等效線化分析基本可以預(yù)測(cè)含有結(jié)構(gòu)非線性的長(zhǎng)直機(jī)翼帶外掛系統(tǒng)的顫振臨界速度;間隙越大，顫振臨界速度越小，初偏值越大，顫振臨界速度越大;間隙非線性會(huì)使極限環(huán)振動(dòng)的幅值增大;在三類結(jié)構(gòu)非線性中，中心間隙非線性對(duì)顫振臨界速度的影響最大。
　　4.在結(jié)

5、構(gòu)非線性和幾何非線性的共同影響下，系統(tǒng)的響應(yīng)更為復(fù)雜。在中心間隙非線性的影響下，翼尖彎曲位移隨流速的增加經(jīng)歷了從收斂到極限環(huán)振動(dòng)，經(jīng)擬周期運(yùn)動(dòng)進(jìn)入混沌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，流速再增加，又出現(xiàn)了周期運(yùn)動(dòng)與混沌交替出現(xiàn)的現(xiàn)象，最后系統(tǒng)進(jìn)入屈曲后顫振的過程，且流速不同時(shí)，極限環(huán)的位置不同。
　　5.基于微分求積法分析了材料耦合剛度對(duì)復(fù)合材料機(jī)翼顫振臨界速度的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨機(jī)翼材料耦合剛度的增加，顫振臨界速度不是單調(diào)變化的，而是存在雙峰值，即先增加