高超声速非线性气动弹性问题研究
发布时间：2022-07-27 19:20
高超声速飞行器非线性气动弹性问题是当前与未来空天飞行器气动弹性力学领域的研究热点与难点之一。为了确保未来高超声速飞行器能够在复杂飞行条件下安全、稳定的飞行,避免颤振等灾难性事故出现,需要对高超声速非线性气动弹性问题进行深入研究,尤其考虑实际结构中存在的结构非线性,以及持续、严重的气动热环境和高超声速非线性气动力的作用下,飞行器气动弹性系统往往会表现出极限环、分岔和混沌等非线性动力学特性,具有重要的学术意义和工程实用价值,有助于对高超声速飞行器非线性气动弹性问题的理解与认识,为飞行器结构的气动弹性设计以及预防发生不利的非线性气动弹性行为提供理论依据。本文提出了一种高效可靠的数值积分算法用于求解非线性气动弹性系统的复杂动力学响应。针对高超声速飞行器全动舵以及小展弦比机翼这两种动力学模型,首先探索了系统参数及非线性因素对非线性振动特性的影响规律,为机翼结构动力学设计和地面振动试验的相关内容提供更好的理解。同时,考虑了气动力非线性和气动热效应的影响,对机翼气动弹性系统的颤振稳定性以及非线性气动弹性响应随系统参数的演变规律进行了探讨。主要工作及创新成果如下:（1）提出了一种基于Padé级数逼近的...
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 机翼非线性气动弹性问题研究现状
1.2.1 非线性气动弹性力学模型
1.2.2 非线性气动弹性研究的基本方法
1.2.3 高超声速飞行器机翼非线性气动弹性研究
1.3 本文的研究内容
第二章 高精度的非线性气动弹性数值求解方法
2.1 引言
2.2 数学模型
2.3 基于Padé级数逼近的精细积分法
2.3.1 PadéPIM法
2.3.2 预估校正算法
2.3.3 间隙非线性系统响应计算流程
2.4 PadéPIM算法的稳定性
2.5 算例与分析
2.5.1 极限环运动
2.5.2 混沌运动
2.5.3 非线性气动弹性特性
2.6 本章小结
2.7 本章附录
第三章 考虑间隙非线性的三维舵面非线性振动特性分析
3.1 引言
3.2 理论模型
3.2.1 全动舵面结构模型
3.2.2 全动舵面动力学方程
3.3 主共振的平均方程
3.4 带有间隙非线性舵面系统的主共振特性
3.4.1 数值解和解析解的对比
3.4.2 系统参数对主共振特性的影响
3.5 考虑预载型间隙非线性舵面系统的主共振特性
3.5.1 预载型间隙非线性系统的主共振特性
3.5.2 预载大小的影响
3.6 非线性舵面系统的动力学响应
3.6.1 外激励频率Ω的影响
3.6.2 俯仰阻尼系数c_α的影响
3.6.3 初始偏移α_f的影响
3.7 本章小结
第四章 高超声速流下三维舵面非线性气动弹性特性分析
4.1 引言
4.2 理论模型
4.2.1 动力学方程
4.2.2 非定常气动力建模
4.2.3 气动热对刚度的影响
4.3 气动力模型验证
4.4 颤振稳定性
4.5 非线性气动弹性响应特性
4.5.1 线性/非线性活塞理论气动力下系统的LCO特性
4.5.2 单个/多个间隙非线性环节下系统的分岔特性
4.5.3 线性和非线性活塞理论气动力下系统的分岔特性
4.5.4 考虑气动热效应时系统的分岔特性
4.6 本章小结
4.7 本章附录
第五章 三维机翼非线性振动特性分析
5.1 引言
5.2 数学模型
5.2.1 能量表达式
5.2.2 模态函数
5.2.3 仿射变换
5.3 三维悬臂梯形翼板的非线性动力学方程
5.3.1 系统振动微分方程的单模态离散
5.3.2 系统振动微分方程的双模态离散
5.4 三维悬臂梯形翼板的主共振特性
5.4.1 多尺度法
5.4.2 摄动分析
5.4.3 解的稳定性
5.4.4 主共振响应特性
5.5 三维悬臂梯形翼板的1:3内共振特性
5.5.1 摄动分析
5.5.2 幅频响应特性分析
5.5.3 解的稳定性
5.5.4 响应特性分析
5.6 复杂非线性动力学响应
5.7 本章小结
5.8 本章附录
第六章 高超声速流下三维机翼非线性气动弹性响应特性分析
6.1 引言
6.2 非线性气动弹性方程
6.3 气动热应力和热效应
6.4 方法验证
6.5 模态截断影响
6.6 颤振稳定性分析
6.7 非线性气动弹性分析
6.7.1 矩形翼板
6.7.2 平行四边形翼板
6.7.3 梯形翼板
6.8 本章小结
6.9 本章附录
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 论文创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
本文编号：3666030
【文章页数】：181 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 机翼非线性气动弹性问题研究现状
1.2.1 非线性气动弹性力学模型
1.2.2 非线性气动弹性研究的基本方法
1.2.3 高超声速飞行器机翼非线性气动弹性研究
1.3 本文的研究内容
第二章 高精度的非线性气动弹性数值求解方法
2.1 引言
2.2 数学模型
2.3 基于Padé级数逼近的精细积分法
2.3.1 PadéPIM法
2.3.2 预估校正算法
2.3.3 间隙非线性系统响应计算流程
2.4 PadéPIM算法的稳定性
2.5 算例与分析
2.5.1 极限环运动
2.5.2 混沌运动
2.5.3 非线性气动弹性特性
2.6 本章小结
2.7 本章附录
第三章 考虑间隙非线性的三维舵面非线性振动特性分析
3.1 引言
3.2 理论模型
3.2.1 全动舵面结构模型
3.2.2 全动舵面动力学方程
3.3 主共振的平均方程
3.4 带有间隙非线性舵面系统的主共振特性
3.4.1 数值解和解析解的对比
3.4.2 系统参数对主共振特性的影响
3.5 考虑预载型间隙非线性舵面系统的主共振特性
3.5.1 预载型间隙非线性系统的主共振特性
3.5.2 预载大小的影响
3.6 非线性舵面系统的动力学响应
3.6.1 外激励频率Ω的影响
3.6.2 俯仰阻尼系数c_α的影响
3.6.3 初始偏移α_f的影响
3.7 本章小结
第四章 高超声速流下三维舵面非线性气动弹性特性分析
4.1 引言
4.2 理论模型
4.2.1 动力学方程
4.2.2 非定常气动力建模
4.2.3 气动热对刚度的影响
4.3 气动力模型验证
4.4 颤振稳定性
4.5 非线性气动弹性响应特性
4.5.1 线性/非线性活塞理论气动力下系统的LCO特性
4.5.2 单个/多个间隙非线性环节下系统的分岔特性
4.5.3 线性和非线性活塞理论气动力下系统的分岔特性
4.5.4 考虑气动热效应时系统的分岔特性
4.6 本章小结
4.7 本章附录
第五章 三维机翼非线性振动特性分析
5.1 引言
5.2 数学模型
5.2.1 能量表达式
5.2.2 模态函数
5.2.3 仿射变换
5.3 三维悬臂梯形翼板的非线性动力学方程
5.3.1 系统振动微分方程的单模态离散
5.3.2 系统振动微分方程的双模态离散
5.4 三维悬臂梯形翼板的主共振特性
5.4.1 多尺度法
5.4.2 摄动分析
5.4.3 解的稳定性
5.4.4 主共振响应特性
5.5 三维悬臂梯形翼板的1:3内共振特性
5.5.1 摄动分析
5.5.2 幅频响应特性分析
5.5.3 解的稳定性
5.5.4 响应特性分析
5.6 复杂非线性动力学响应
5.7 本章小结
5.8 本章附录
第六章 高超声速流下三维机翼非线性气动弹性响应特性分析
6.1 引言
6.2 非线性气动弹性方程
6.3 气动热应力和热效应
6.4 方法验证
6.5 模态截断影响
6.6 颤振稳定性分析
6.7 非线性气动弹性分析
6.7.1 矩形翼板
6.7.2 平行四边形翼板
6.7.3 梯形翼板
6.8 本章小结
6.9 本章附录
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 论文创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况
本文编号：3666030
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