基于应变信息的飞机机翼变形测量及形变重构理论研究

发布时间：2017-09-25 22:11

  本文关键词：基于应变信息的飞机机翼变形测量及形变重构理论研究

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【摘要】：随着航空运输业的高速发展,以及低碳航空理念的提出,无人机、大飞机和新能源飞机等运输装备已成为高精尖技术领域的热点,高空长航时飞机是其发展的方向,而高空长航时飞机一般采用轻型大展弦比柔性机翼,展弦比越大,机翼的减阻效果越突出。大展弦比机翼的尺寸大、柔性大的特点使得飞行过程中机翼弹性变形较大,机翼大变形影响飞机安全性和机翼结构的可靠性。同时,飞机机翼也是天线的载体,飞行载荷导致天线的振幅和相位误差,从而导致天线的电性能下降,如产生指向误差,副瓣电平上升,增益下降。机翼变形的实时感知和形变重构可以评估飞机的安全性,并通过一定的主动控制方法减小机翼变形,或借助补偿措施保证天线电性能。所以,飞机机翼变形的测量及形变重构是首先需要解决的问题。本文从结构变形测量技术出发,将变形测量技术与形变重构理论相结合,对现有较为成熟的技术与理论进行阐述,并对新的形变重构理论展开研究,利用变形测量技术,将几种形变重构理论应用到实际的机翼模型中。1)以分段线性化为基础的Ko位移理论,将应变按一次分布或二次分布建立数学模型,利用应变形函数与位移形函数的偏导关系,借助边界条件求出形函数系数,求得位移量;基于结构模态信息的模态法,利用模态叠加原理,通过应变模态和位移模态建立应变与位移之间的转换矩阵。以简单的悬臂梁为算例,验证Ko位移理论和模态法的形变重构效果。2)基于铁木辛柯梁理论的逆有限元法,通过实际应变与估计应变的最小二乘,借助应变形函数和位移形函数建立截面应变与位移之间的关系,截面应变通过单元的表面应变求得,以悬臂梁算例,使用逆有限元法重构出悬臂梁的6个位移分量,验证其形变重构效果。3)参考实际的机翼结构,设计机翼骨架模型,借助Ansys有限元分析软件建立机翼有限元模型,进行三种形变重构方法的仿真计算,得到仿真计算精度;加工机翼模型,搭建实验平台、应变测量系统和位移测量系统,将实际测量的应变信息分别代入三种形变重构理论计算得到机翼形变量,提出根据实际机翼模型形函数为参考,拟合应变数据代入计算,有效地改善逆有限元法的形变重构精度。逆有限元法不需要结构的载荷信息和材料属性,同一组应变信息重构结构的6个位移分量,而Ko位移理论和模态法同一组应变信息只能重构单方向的形变,对于桁架式等复杂结构具有局限性,而逆有限元法应用到复杂结构灵活性更强。
【关键词】：机翼变形测量 形变重构 Ko位移理论 模态法 逆有限元法
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V224
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 研究背景16-18
• 1.2 结构变形测量概述18-21
• 1.3 机翼形变重构理论方法研究现状21-23
• 1.3.1 形变重构理论研究的意义21
• 1.3.2 机翼形变重构理论国内外研究现状21-23
• 1.3.3 机翼形变重构方法的评价指标23
• 1.4 本文主要工作23-26
• 第二章 机翼形变重构理论研究26-44
• 2.1 引言26
• 2.2 机翼形变重构理论26-32
• 2.2.1 Ko位移理论26-30
• 2.2.2 模态法30-32
• 2.3 仿真算例及分析32-42
• 2.3.1 仿真算例32-36
• 2.3.2 算例计算结果对比36-39
• 2.3.3 两种形变重构理论形变重构精度影响因素分析39-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 逆有限元法的理论研究44-60
• 3.1 引言44
• 3.2 基本梁理论44-47
• 3.2.1 欧拉-伯努利梁理论44-45
• 3.2.2 铁木辛柯梁理论45-47
• 3.3 逆有限单元理论47-54
• 3.3.1 逆有限元法的数学模型47-49
• 3.3.2 位移形函数的确定49-50
• 3.3.3 单元表面应变与截面应变之间的关系50-54
• 3.4 仿真算例及分析54-58
• 3.4.1 仿真算例54-55
• 3.4.2 算例结果分析55-57
• 3.4.3 逆有限元法形变重构精度影响因素分析57-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 三种形变重构理论在机翼有限元模型中的应用60-68
• 4.1 引言60
• 4.2 机翼有限元模型60-63
• 4.3 三种方法在机翼有限元模型中的应用63-66
• 4.3.1 应变提取及施加载荷63-64
• 4.3.2 三种方法的计算结果比较64-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 三种形变重构理论在机翼实验模型中的应用68-78
• 5.1 引言68
• 5.2 实验对象与测量系统68-73
• 5.2.2 实验平台68-69
• 5.2.3 实验对象69-70
• 5.2.4 应变测量系统70-72
• 5.2.5 位移测量系统72-73
• 5.3 实验内容73-74
• 5.3.1 传感器的安装73
• 5.3.2 应变测量系统的标定73
• 5.3.3 加载实验73-74
• 5.4 实验结果及分析74-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 附录80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 作者简介88-89

【参考文献】

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1 李广义;国外大型军用运输机发展现状与趋势[J];航空制造技术;2005年09期

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本文编号：919834