大展弦比机翼的气动弹性问题探讨PPT课件

构动力特性是飞机的动稳定性飞行操纵等方面性能分析 的基础。对于大展弦比机翼，在飞行载荷的作用下，机 翼会产生很大的变形，常规的对线性系统进行结构
动力特性分析的小变形假设不再适用。非线性结构的动 力特性与线性结构相比有显著的差异，对大展弦比机翼 必须研究机翼在大变形后平衡状态的动力特性；几
何刚度矩阵对结构动力特性的影响；几何非线性结构对 飞行动力学的影响；建立结构非线性的复合材料有限元 的结构数学模型，进行大展弦比布局复合材料结构
弦比复合材料机翼的非定常气动力。建立具有结构几何 非线性的机翼的气动弹性方程，利用频域或时域求解临 界颤振速度，分析其振特性。复合材料的非线性阻
尼对机翼颤振临界速度的影响研究，开展大展弦比复合 材料机翼飞行载荷的研究考虑大展弦比机翼的结构非线 性特点和静气动弹性的影响，有必要进行飞行载荷
的研宄。3.3.1气动导数的弹性修正大展弦比机翼的静气 动弹性现象非常严重，对其气动特性飞行性能飞行品质 及载荷分布都有很大的影响。作为载荷计算
几何非线性对大展弦比机翼气动弹性行为的重要性。由 于大展弦比机翼的大柔性，国外直在研究飞机结构设计 中采用重量轻比强度大比刚度高和对疲劳不敏感等
优点的复合材料。根据有关资料，国外目前正在生产中 的飞行器，就结构重量而言，平均约有13的结构为复合 材料，应用复合材料平均可以使飞行器减重3在
国内，高空长航时飞机的军事价值和经济意义早被有关 部门认识到了，些航空院校和科研院所如北航西工大等 正对其中的关键技术问进行探索和分析。国内对复
达25展长的特点。大展弦比大柔度飞机机翼的结构分析， 属于小应变情况下的大位移问，是典型的结构几何非线 性情况，即便使用传统的分析方法也能明机翼
柔性对飞机气动弹性飞行动力特性等均具有显著的影响， 但是这些研究未考虑结构大变形带来的几何非线性影响， 因而有必要进行大展弦比机翼的气动弹性研究
。2国内外发展现状近年来，美国人Patil.M.J发的文章中， 提出了高空长航时飞机的非线性气动弹性和非线性飞行 动力学问，研究了结构和气动力的
的重要的原始数据，为了获取准确的飞行运动参数和机 动载荷，气动导数应采取经弹性修正的风洞试验数据。 3.3.2非线性飞行载荷计算的研究常规飞行载
荷计算是基于线化小扰动方程的，在多数情况下，各主 要气动参数的变化与扰动量成线性关系，飞行中即使遇 到相当强烈的扰动，在有限的时间内，飞机的线速
度和角速度往往是个很小的扰动量。考虑到大展弦比机 翼的结构大变形带来的几何非线性的影响，属于大扰动 的情况，故以往从绕质心的动力学方程出发，求解
650所了探讨；分析了结构非线性对大展弦比机翼的气动 弹性wenku.baidu.com飞行载荷的影响；提出了大展
弦比机翼气动弹性问的研宄内容，并指出其技术难点。 大展弦比机翼结构非线性气动弹性飞行载荷1引目近十几 年来，高空长航时飞机得到了世界的普遍重视，
由于其高空长航时等性能要求，这种飞机具有特别大的 展弦比，大展弦比机翼具有展弦比大可达到35的量级， 结构重量轻展向lkgm，柔性大静弹性变形可
全机动力特性研究。3.2大展弦比复合材料机翼气动弹性 问研究从静动气动弹性现象来分析复合材料机翼的气动 弹性问。黄礼耀陈奎林大展弦比机翼的气动弹
性问探讨由于大展弦比复合材料机翼的飞行载荷和静气 动弹性特性主要是由机翼的大变形所决定，所以必须对 大展弦比复合材料机翼的静气动弹性发散副翼操纵
效率弹性变形对机翼的载荷分布的影响进行研究。对大 展弦比机翼进行颤振分析，非定常气动力的求解十分重 要，建立非线性非定常气动力计算方法，求解大展
合材料结构的技术研究已有30多年的历史，已在多种型 号的飞机机体结构中应用如强前机身歼带整体油箱复合 材料机翼歼十复合材料垂尾鸭翼歼轰七复合材料
平尾。我公司在飞机的设计中，垂尾含方向舵结构的90 是碳纤维复合材料，仅占的金属材料主要是用作联接件。 在设计中，采用复合材料有限元数学模型，以
颤振临界速度为目标函数，进行气动弹性优化设计和分 析。改变复合材料叠层方向夹角和局部区域的叠层厚度， 来降低翼面抗弯曲刚度和提高翼面抗扭转刚度。
3.5大展弦比机翼的气动试验研究3.5.1大展弦比复合材料 机翼的气动弹性验证试验研究需要进行个方面的工作设 计制造大展弦比复合材料机翼缩比尺寸
的静弹性风洞模型，并进行风洞试验；设计制造大展弦 比复合材料机翼缩比尺寸的动力相似的风洞颤振试验模 型，并进行风洞试验；对风洞试验模型进行地面振
经颤振数值分析飞机地面共振试验风洞颤振试验和飞行 颤振试验，排除了以全复合材料结构的18垂尾含方向蛇 结构的气动弹性不稳定性。到目前为止，洪都公
司已能生产全复合材料垂尾含方向舵的8教练机装备空军。 其中复合材料用于升力面的关键技术，即气动弹性剪裁 也得到了初步的应用。3研究的内容考虑到结
构大变形带来的几何非线性的影响，为适应大展弦比大 柔性飞机气动弹性研宄的需要，有必要进行个方面的研 究。3.1大展弦比复合材料机翼动力特性研究结
适于非线性理论的六自由度方程，按纵向和横侧向操纵 规律，得到包线内的典型计算点的纵横向机动情况下各 有关气动参数随时间的变化。载荷分布的计算根据
飞行载荷筛选出来的纵向机动横侧向机动的严重情况载 荷，按非线性气动力理论，建立基于沉3方程与结构有限 元相结合的气动力方法，求解非线性情况下，各
飞行姿态情况的载荷分布。考虑到气动弹性变形对载荷 分布的影响，要对分布载荷进行弹性修正，得到弹性机 翼的分布载荷等气动参数，提供给结构打样使用。
3.4大展弦比复合材料机翼的气动弹性剪裁技术研究复合 材料具有比强度高比刚度大以及对疲劳不敏感等特性， 气动弹性剪裁是通过改变材料的刚度方向性控
制结构的静动气动弹性变形，以实现改善翼面的刚度分 布特性，提高飞机的飞行性能的种设计方法。颤振优化 和发散优化是气动弹性剪裁研究的重点，它是以颤
振速度发散速度及操纵反效速，标函数的多约，化设计。 设计复合材料的铺层厚度方向夹排列顺序，进行机翼刚 度优化射究的纟自触，飞静动气动弹，稳定性。