飞机结构设计是一个复杂的工业过程,需要对空气动力学、结构、材料和系统等不同领域进行多学科分析和考虑,并在这些不同领域施加的约束之间进行适当的折衷,以满足飞机所需的整体性能。在公务机和军用飞机领域,鉴于对更高效的空气动力学公式的研究、对“尽可能轻”设计的不断渴望以及机身尺寸的增加,飞机的灵活性在过去几十年中大大提高。这就需要考虑从飞机开发的最初阶段开始就存在于飞行包线中的越来越复杂的气动弹性耦合现象。挑战远远超出了航空结构性能领域,因为气动弹性也会对相关领域产生重大影响,例如飞机性能、操纵品质或系统设计。这仅仅强调了气动弹性对新飞机项目的风险、成本和期限的潜在重大影响:气动弹性现在被视为设计的主要学科之一,也是飞机开发逻辑中的“关键”过程之一。这种极具挑战性的背景是自 20 世纪 90 年代以来达索航空在气动弹性领域不断进行重大修改的源头。今天,这种趋势仍在继续,气动弹性将不得不应对一系列全新的挑战和需求,并继续以同样的速度自我改造,以避免阻碍创新和未来的技术突破。从这个角度来看,本文概述了达索航空在军用飞机和公务机领域在气动弹性方面当前的最佳工业实践。涵盖了这个充满挑战和令人兴奋的领域的主要方面:数值方法和工具、实验验证过程、飞机计划期望以及与人类组织相关的方面。它讨论了原则和指导方针,而不是有关基本方程和方法的细节。最后一部分介绍了达索航空在气动弹性领域未来的工业挑战。
评审团:Prof.列日大学 Grigorios Dimitriadis 教授(顾问);列日大学 Vincent E. Terrrapon 教授(联合顾问);列日大学 Koen Hillewaert 博士(校长);列日大学 Romain Boman 教授。 Laurent Joly 博士,ISAIAH-SUPERIOR卡洛斯·布雷维格里尼(Carlos Breviglieri),巴西航空工业公司A.S. 博士马可·卡里尼(Marco Carini),ONERA
摘要 飞机表面可能发生气动弹性不稳定性,导致疲劳或结构故障。颤振是一种气动弹性不稳定性,会导致结构自激发散振荡行为。经典的二自由度颤振是弯曲和扭转振动模式的组合。已经开发了一种柔性支架系统,用于风洞中刚性机翼的颤振试验。这种柔性支架必须提供一个明确定义的二自由度系统,刚性机翼在该系统上遇到颤振。在进行任何风洞颤振试验之前,进行了实验模态分析 (EMA) 和有限元模型分析 (FEM),以验证固有频率和模式。使用拉格朗日方程开发了系统的运动方程。通过三种不同的方法确定临界颤振速度:稳定流的 p 方法、经典颤振分析和非稳定流的 k 方法,并与实验结果进行了比较。关键词:气动弹性、颤振、柔性结构、风洞试验、实验模态分析、有限元模型分析。1. 简介气动弹性是指研究气流中弹性结构变形与由此产生的气动力之间相互作用的研究领域。气动弹性研究主要有两个领域。首先,静态气动弹性涉及弹性力和气动力之间的相互作用,忽略
摘要:本文全面综述了飞机静态气动弹性效应预测与修正方法的研究进展,包括气动弹性的损伤与防护等。相似条件的确定和静态气动弹性缩放建模对于获得准确的气动特性具有重要的风洞试验意义。同时,相似的刚度分布、制造材料和加工工艺与飞机结构动力学模拟密切相关。详细描述了静态气动弹性模型的结构布局,包括板式、梁式、轴承蒙皮式和全结构相似式。此外,风洞和试验技术在静态气动弹性试验中也起着重要作用。值得注意的是,计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)在流场气动弹性分析中的应用越来越受到研究者的重视。详细介绍了飞机气动弹性数值模拟的研究现状和关键技术。另外,本文还简要介绍了静态气动弹性预测与修正方法,特别是目前应用广泛的K值法。
气动弹性包括对飞机、运载火箭或桥梁等配置的结构动力学和非定常空气动力学之间相互作用的建模和理解。就其本质而言,气动弹性是一个多学科领域,因此可以包括其他学科,例如控制(气动伺服弹性)和热效应(气动热弹性)。在过去的几年中,气动弹性学领域已从其传统的线性频域方法转变为更现代的非线性基于计算的方法。
1999-2000 年的发展和成果 气动弹性和风力涡轮机设计。气动弹性因素在风力涡轮机的设计中具有重要的实际意义。Risø 与制造商合作,开发并测试了一种通过实验确定运行中的涡轮机叶片振动阻尼的方法。这可以改进气动弹性计算模型,从而更准确地预测负载和动态。此外,它还可用于记录现有涡轮机的特性以供认证。在同一背景下,气动弹性代码 HawC 已扩展为允许对涡轮机机舱和塔架中的机械减振器进行建模,以便通过气动弹性计算进行优化。此外,还开发了一种通过实验确定风力涡轮机叶片振动模式的方法。将测量的振动模式与现有的气动弹性模型进行比较,其中叶片模态形状对整个风力涡轮机的动态稳定性具有重要意义。已开发的方法目前正在工业中实施。人们已投入大量精力来确定叶片和整个风力涡轮机结构的稳定性。失速引起的振动是一种不稳定性,已使用上述方法(包括叶片的详细有限元建模)进行了分析,并制定了设计指南。然而,随着风力涡轮机叶片尺寸和灵活性的增加,可能会出现另一种不稳定性,即经典颤振。已经开发出一种颤振预测模型,并且 HawC 已扩展为估计现有叶片的颤振极限,并且也适用于设计新的抗颤振叶片。
摘要:本研究论文的框架涉及一种称为“颤振”的现象,这是一种众所周知的动态气动弹性不稳定性,由结构振动和非定常气动力相互作用引起,振动水平可能引发较大振幅,最终导致飞机在几秒钟内发生灾难性故障。颤振预测和颤振清除是飞机设计、开发和认证过程中的主要问题。因此,认证必须保证飞机在整个飞行包线内没有颤振。在 FLEXOP(无颤振飞行包线扩展以提高经济性能)项目框架内,已经实施了一种频域中仅输出的操作模态参数估计算法,用于监测气动弹性模式的演变,从而几乎实时地监测颤振。因此,已经生成了 FLEXOP 飞机的集成气动弹性仿真模型。
摘要 美国空军进行了数年的研究,研究弹头引起的损伤对升力面的气动弹性完整性的影响,进而导致整架飞机的失稳。这促使我们研究飞机特定部位的结冰如何引发类似的气动弹性事件和飞机失稳。虽然很少研究,但结冰也会严重影响飞机的气动弹性稳定性,从而影响整个飞机的稳定性和控制,并最终导致不可逆的失稳事件。在后一种情况下,由于冰引起的质量不平衡或控制铰链力矩和力反转,可能会发生升力面和控制装置的经典颤振事件。此外,由于结冰引起的分离流条件引入了显著的时间相关阻力,控制装置和升力面的极限环振荡可能会导致控制效果的丧失。本文回顾了小型通用航空飞机中引发这些冰致失控事件的机制。该回顾基于文献和德克萨斯大学奥斯汀分校进行的早期实验工作。选择了两种常见的冰致飞机稳定性和控制失控场景进行研究。第一个失控场景涉及升降机极限环振荡和由此产生的
摘要 美国空军进行了数年早期研究,研究弹头引起的损伤对升力面的气动弹性完整性的影响,进而导致整架飞机的失稳。这促使我们研究飞机特定部位的冰堆积如何引发类似的气动弹性事件和飞机失稳。虽然很少研究,但结冰也会显著影响飞机的气动弹性稳定性,从而影响整个飞机的稳定性和控制,并最终导致不可逆的失稳事件。在后一种情况下,由于冰引起的质量不平衡或控制铰链力矩和力反转,可能会发生升力面和控制装置的经典颤振事件。此外,由于冰层堆积导致的分离流条件引入了显著的时间相关阻力,因此可能出现由控制装置和升力面的极限环振荡引起的控制效果损失。本文回顾了在考虑小型通用航空飞机类别时引发这些冰诱发的扰动事件的机制。该回顾基于文献和德克萨斯大学奥斯汀分校进行的早期实验工作。选择了两种常见的冰诱发飞机稳定性和控制扰动场景进行研究。介绍的第一个扰动场景涉及升降舵极限环振荡和由此导致的升降舵控制效果损失。第二个扰动与剧烈的机翼摇晃或不稳定的荷兰滚事件有关。