大展弦比机翼的非线性气动弹性响应研究

发布时间：2017-11-12 23:06

  本文关键词：大展弦比机翼的非线性气动弹性响应研究

  更多相关文章： 大展弦比 外挂 几何非线性 结构非线性 复合材料 颤振 极限环 混沌

【摘要】：机翼颤振是一种典型的气动弹性现象。在气动力作用下,大展弦比机翼会产生较大的变形,而大变形又会影响气动力的分布。这种气动/结构耦合的特点会使飞机发生颤振,从而限制其飞行速度。本文采用基于Wagner函数的非定常气动力,考虑大展弦比机翼的几何大变形和机翼外挂系统的结构非线性,运用伽辽金法进行离散,对大展弦比机翼及机翼外挂系统的非线性响应进行了深入的研究,分析了各种参数对系统颤振特性的影响以及系统发生分叉失稳的复杂运动形态,主要体现在以下几个方面：1.推导了大展弦比长直机翼的气动弹性运动方程,基于Hopf分叉代数判据分析了系统平衡点的稳定性,并对两种时域气动力的计算方法进行了对比。分析了机翼的各种参数对颤振边界和屈曲边界的影响。结果发现展弦比越大,颤振临界速度和颤振频率越小；系统的屈曲边界与重心位置无关。由于几何非线性的影响,随流速的增加系统响应较为复杂,通向混沌的途径也不同。2.建立了大展弦比长直机翼外挂系统的气动弹性运动方程,运用伽辽金方法进行离散,利用MATLAB语言编程对系统的气动弹性响应进行了数值模拟。结果表明：增加外挂质量,安装在靠近翼尖位置并且位于弹性轴之前约30-40%半弦长时,颤振临界速度最大；外挂连接刚度的降低,会使颤振临界速度减小。初始条件虽然不会影响系统的颤振临界速度,但对颤振后某个速度区间的响应形式有所影响。系统的屈曲边界与外挂参数无关,当外挂连接刚度较小时,系统先发生颤振；当外挂连接刚度较大时,系统先出现屈曲现象,且不同连接刚度下,系统屈曲后的响应不同。3.在外挂联结位置,引入了初偏间隙非线性、分段线性型非线性和中心间隙非线性三类结构非线性,通过数值模拟分析了结构非线性对机翼外挂系统的颤振特性及响应的影响。结果发现：基于KBM法的等效线化分析基本可以预测含有结构非线性的长直机翼带外挂系统的颤振临界速度；间隙越大,颤振临界速度越小,初偏值越大,颤振临界速度越大；间隙非线性会使极限环振动的幅值增大；在三类结构非线性中,中心间隙非线性对颤振临界速度的影响最大。4.在结构非线性和几何非线性的共同影响下,系统的响应更为复杂。在中心间隙非线性的影响下,翼尖弯曲位移随流速的增加经历了从收敛到极限环振动,经拟周期运动进入混沌运动状态,流速再增加,又出现了周期运动与混沌交替出现的现象,最后系统进入屈曲后颤振的过程,且流速不同时,极限环的位置不同。5.基于微分求积法分析了材料耦合刚度对复合材料机翼颤振临界速度的影响。研究发现随机翼材料耦合刚度的增加,颤振临界速度不是单调变化的,而是存在双峰值,即先增加再减小然后再增加再减小。而对于复合材料机翼外挂系统,颤振临界速度随材料耦合刚度的变化是先增加再减小。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.47

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本文编号：1177995