《大展弦比複合材料機翼非線性氣動彈性特徵與顫振研究》是依託哈爾濱工業大學，由曹登慶擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大展弦比複合材料機翼非線性氣動彈性特徵與顫振研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曹登慶
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對大飛機大展弦比機翼結構重量輕、柔性大，在氣動載荷作用下會產生顯著的彎曲和扭轉變形，並呈現出明顯的幾何非線性特徵的問題，開展大展弦比複合材料機翼非線性氣動彈性特徵與顫振研究。綜合考慮結構幾何非線性、氣動非線性和材料各向異性對機翼運動狀態的影響，將複合材料機翼考慮成變截面細長梁，建立其彎扭耦合振動的非線性動力學模型；氣動力則採用ONERA-Edlin模型，其線性部分可以近似成非定常的Theodorsen模型。在此基礎上，尋求簡捷有效的方法以求解機翼的靜平衡位置，並進行實驗驗證；採用小擾動分析的方法得到機翼在平衡位置附近的振動方程，研究其固有振動特性，並進行相關的模態試驗；在固有特性分析的基礎上，預測機翼的顫振失穩速度和非線性顫振失穩邊界，研究顫振失穩後的極限環振動及其分岔等問題為大。取得的成果將為大飛機的結構與氣動設計提供技術支持。
結題摘要
大展弦比機翼由於可以降低誘導阻力，廣泛地套用在飛機設計中。由於其細長的幾何特徵，在計算機翼的變形時需要考慮機翼的幾何非線性。本項目針對大展弦比複合材料機翼，研究了其非線性氣動彈性特性，並討論了其非線性顫振特徵。利用能量等效方法，將複合材料細長機翼抽象為梁模型。基於機翼的梁模型，根據機翼在變形時大轉動小應變的特徵，建立了機翼的非線性動力學方程。對於作用於機翼上的氣動力，採用非線性非定常的ONERA氣動力模型進行求解，並利用Duhamel積分法在對ONERA模型的求解方式進行了最佳化。結合機翼的非線性動力學方程與ONERA模型，建立了機翼的氣動彈性方程。利用所建立機翼氣動彈性方程，探索了機翼的靜平衡位置求解方法，對機翼在靜平衡位置附近的動力學特性進行了探討。通過數值仿真，得到了機翼的非線性顫振臨界速度與顫振後回響特徵。此外，考慮到實際套用中的機翼常常帶有外掛裝置，將分析方法拓展套用於帶外掛細長機翼的非線性氣動彈性性質研究。探討了外掛的位置、連線的剛度以及連線處的間隙特徵對機翼外掛系統的氣動彈性特徵的影響，發現外掛與機翼的間隙連線特徵將會誘發機翼外掛系統發生亞臨界Hopf分叉。本項目的相關結果有望用於大展弦比機翼以及帶外掛細長機翼的設計。
