大展弦比機(jī)翼氣彈設(shè)計(jì)的某些關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、氣動(dòng)彈性問(wèn)題伴隨著飛行器發(fā)展的全過(guò)程，一直是飛行器設(shè)計(jì)中高度重視的問(wèn)題。大展弦比機(jī)翼造成水平一彎頻率下降，大變形的幾何非線性效應(yīng)引起了水平彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)耦合，出現(xiàn)了機(jī)翼水平彎曲模態(tài)參與耦合的顫振型，其影響形式隨水平彎曲頻率與垂直彎曲頻率和扭轉(zhuǎn)頻率的接近程度而呈現(xiàn)不同的結(jié)果。因此對(duì)該類非線性顫振特性和設(shè)計(jì)方法的研究具有重要的工程意義。
　　首先，建立了一種考慮幾何非線性的顫振分析方法，研究了大展弦比機(jī)翼的顫振特性，分析了非線

2、性顫振設(shè)計(jì)的可行性，在此基礎(chǔ)上提出了簡(jiǎn)化模型——細(xì)長(zhǎng)盒段模型，通過(guò)組合不同的水平彎曲頻率和扭轉(zhuǎn)頻率的接近模式，系統(tǒng)分析了該接近模式對(duì)細(xì)長(zhǎng)盒段非線性動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律，提出了水平彎曲頻率和扭轉(zhuǎn)頻率發(fā)生模態(tài)交換的存在條件。進(jìn)一步非線性顫振分析，發(fā)現(xiàn)水平一彎模態(tài)參與耦合降低了機(jī)翼傳統(tǒng)模式的顫振速度，增大水平一彎的頻率有助于該類顫振速度的提高；同時(shí)在水平一彎頻率和扭轉(zhuǎn)頻率逐步接近時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)翼顫振速度顯著下降，顫振型式會(huì)由水平一彎和垂直彎曲的

3、耦合顫振轉(zhuǎn)化為水平一彎和扭轉(zhuǎn)耦合的顫振。
　　然后，研究了復(fù)合材料的鋪層主剛度方向角對(duì)機(jī)翼非線性振動(dòng)特性和顫振特性的影響規(guī)律，提出了大展弦比機(jī)翼非線性顫振剪裁設(shè)計(jì)的新方法。結(jié)果表明主剛度方向角的變化主要引起了水平一彎模態(tài)振型的改變，一般表現(xiàn)為主剛度方向角從機(jī)翼后梁向后緣偏轉(zhuǎn)，該階模態(tài)的相對(duì)扭轉(zhuǎn)振型節(jié)線位置向前緣移動(dòng)；反之，該節(jié)線位置后移。進(jìn)一步非線性顫振分析，發(fā)現(xiàn)水平一彎模態(tài)振型的變化引起了該階模態(tài)參與耦合顫振速度的明顯改變，主要

4、表現(xiàn)為該顫振型的顫振速度隨該階模態(tài)的相對(duì)扭轉(zhuǎn)振型節(jié)線位置前移量的增加而增大。通過(guò)兩個(gè)算例驗(yàn)證了本文結(jié)論的正確性；同時(shí)研究中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主剛度方向角從機(jī)翼后梁向后緣偏轉(zhuǎn)會(huì)引起翼尖產(chǎn)生正扭轉(zhuǎn)，進(jìn)一步非線性發(fā)散分析表明過(guò)大的翼尖正扭轉(zhuǎn)將顯著降低機(jī)翼靜發(fā)散速度?？傮w而言，復(fù)合材料機(jī)翼主剛度方向角的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性設(shè)計(jì)過(guò)程，提高顫振速度與提高發(fā)散速度是相互矛盾的，為了得到一個(gè)較為滿意的設(shè)計(jì)方案，必須同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)顫振、發(fā)散等都滿足設(shè)計(jì)要求。
　

5、　最后，探索了在大展弦比機(jī)翼初步設(shè)計(jì)階段的一種氣動(dòng)彈性設(shè)計(jì)的綜合優(yōu)化方法，該方法包含了非線性顫振、非線性發(fā)散和靜強(qiáng)度性能等分析功能，綜合考慮了復(fù)合材料鋪層厚度、鋪層方向以及結(jié)構(gòu)布置對(duì)氣動(dòng)彈性性能的影響，并將試驗(yàn)設(shè)計(jì)與二次響應(yīng)面模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工程近似技術(shù)相結(jié)合，建立了非線性氣動(dòng)彈性特性和結(jié)構(gòu)特性的近似分析模型，在近似模型的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)一個(gè)具體的大展弦比復(fù)合材料機(jī)翼非線性氣動(dòng)彈性優(yōu)化問(wèn)題說(shuō)明了本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性和有效