本文介绍了一种利用自动化工具在概念设计过程早期考虑机翼结构刚度和气动弹性的方法。由于机翼非结构质量(如燃油负荷和控制面)的不确定性和可变性很高,因此在概念设计过程中,可以用随机模型很好地表示刚度和气动弹性。为了实现这一点,我们改进了现有的设计工具,利用基于规则的自动化设计从特定的机翼外模线生成机翼扭矩盒几何形状。对挠度和推断刚度的简单分析表明,早期概念设计选择会极大地影响结构刚度。本文讨论了设计选择的影响以及屈曲约束如何在特定示例中驱动结构重量。本文为模型的进一步研究做准备,包括有限元模型 (FEM),以分析用于气动弹性分析的所得模态形状和频率。
Wiley,2009 4. R. Vepa,智能结构动力学,Wiley,2010 课程名称 AE 604 航空航天结构高级课题 学分结构 3-0-0-6 先决条件 无 课程内容 本课程重点关注结构动力学和气动弹性的高级课题。重点关注旋翼气动弹性和高超音速气动热弹性方面。以下列出了一系列主题。实际内容将取决于学生的具体背景和兴趣。 旋翼主题:A. 旋转结构(梁)的结构动力学;B. 用于旋翼应用的近似非定常气动模型;C. 直升机气动力学简介 气动热弹性主题:A. 热弹结构(梁)的结构动力学;B. 用于高速应用的近似气动热载荷模型; C. 数值考虑和耦合策略 文本/参考文献 1. R L Bielawa,旋翼结构动力学和气动弹性,AIAA 教育系列,
航空或机械工程专业,获得 M.E./M. Tech 学位后至少三年,在使用先进复合材料和气动弹性的飞机结构研究和设计方面具有技术经验。期望:飞机结构的气动弹性和重量优化。对飞机结构有良好的了解。
Wiley,2009 4. R. Vepa,智能结构动力学,Wiley,2010 课程名称 AE 604 航空航天结构高级课题 学分结构 3-0-0-6 先决条件 无 课程内容 本课程重点关注结构动力学和气动弹性的高级课题。重点关注旋翼气动弹性和高超音速气动热弹性方面。以下列出了一系列主题。实际内容将取决于学生的具体背景和兴趣。 旋翼主题:A. 旋转结构(梁)的结构动力学;B. 用于旋翼应用的近似非定常气动模型;C. 直升机气动力学简介 气动热弹性主题:A. 热弹结构(梁)的结构动力学;B. 用于高速应用的近似气动热载荷模型; C. 数值考虑和耦合策略 文本/参考文献 1. R L Bielawa,旋翼结构动力学和气动弹性,AIAA 教育系列,
空气动力学与设计 - 计算流体动力学 - 风洞测试 - 流动可视化 - 非定常空气动力学 - 声学 - 飞机、直升机和无人机设计动力学/控制/航空电子 - 飞行模拟 - 导航 - 制导与控制 - ATM/CNS - 传感器和执行器 - 卫星姿态控制结构与材料 - 结构分析 - 结构测试 - 智能结构 - 复合结构 - 结构动力学与控制 - 气动弹性与控制燃烧与推进 - 燃烧分析 - 燃油喷射 - 涡轮机 - 发动机 - 冷却系统 - 航天器推进
设计过程中的系统为探索以前不可行设计提供了新的机会,这些设计可以通过跨学科的通用方法和工具实现。通过 (a) 气动弹性剪裁来承载重新设计的衍生机翼;(b) 开发用于非常精确的颤振建模和颤振控制合成的方法和工具,可以在降低技术风险的情况下将现有设计快速应用于衍生飞机(例如,使用控制来解决开发过程中发现的颤振问题),从而可以在开发、认证和运行期间改善颤振管理。开发的工具和方法的准确性在经济实惠的实验平台上进行验证,然后进行扩大规模研究,展示跨学科开发周期。制造商通过集成开发颤振控制和气动弹性剪裁,获得用于提高飞机性能的成本效益高的方法、工具和演示器。这些跨学科能力改善了衍生飞机和新型飞机的设计周期和验证与确认过程。飞行测试数据将发布在项目网站上,为全球航空航天研究界提供基准。该项目的成果将成为制定未来欧盟柔性运输飞机认证标准的催化剂。图 1 所示的飞机是 Horizon 2020 项目“无颤振飞行包线扩展”的主要演示器,旨在提高经济性能
设计过程中的软件系统为探索以前不可行设计提供了新的机会,这些设计可以通过跨学科的通用方法和工具实现。通过 (a) 气动弹性剪裁来承载重新设计的衍生机翼;(b) 开发非常精确的颤振建模和颤振控制合成方法和工具,从而在开发、认证和运行期间改善颤振管理,从而可以快速将现有设计应用于衍生飞机,降低技术风险(例如,使用控制来解决开发过程中发现的颤振问题)。开发的工具和方法的准确性在经济实惠的实验平台上得到验证,然后进行规模化研究,展示跨学科开发周期。制造商通过集成开发颤振控制和气动弹性剪裁,获得用于提高飞机性能的成本效益高的方法、工具和演示器。这些跨学科能力改善了衍生飞机和新飞机的设计周期和验证与确认过程。飞行测试数据将发布在项目网站上,为全球航空航天研究界提供基准。项目成果为制定未来欧盟柔性运输飞机的认证标准起到了催化剂的作用。图 1 所示的飞机是“地平线 2020”项目“无颤振飞行包线扩展以实现经济性能改进”(FLEXOP)的主要演示机,旨在开发和测试主动颤振抑制控制算法 [1]。这架单引擎演示机翼展为 7 米。起飞重量通常为 55 公斤,但压载重量最多可增加 11 公斤。该飞机配备一台 300 N 喷气发动机 [2],位于机身后部。空气制动系统从机身侧面偏转,可实现快速减速、快速空速控制和大进近角。尾翼配置为 V 型尾翼,而每个机翼半部具有四个控制面,其中最外侧的控制面用于抑制颤振(见图 2)。两个最内侧的控制面在起飞和降落时用作增升装置。总共制造了三对机翼,将在无人机试验台上进行测试:• 机翼 - 0 – 一对使用平衡对称型层压板优化的机翼作为参考机翼,颤振速度远远超过飞机的运行速度。该机翼组主要用于基本飞行测试和刚性模型验证。• 机翼 - 1 – 一对颤振机翼,设计用于在测试范围内触发颤振,在运行速度范围内有两种主要颤振模式。然后,将使用主动颤振控制扩展飞行包线。• 机翼 - 2 – 一对使用不平衡复合层压板优化的机翼,通过气动弹性剪裁展示被动载荷减轻。
联系人:John Monk 南非 CSIR 航空系统能力专注于空气动力学分析、设计、开发和模拟、风洞测试、气动弹性服务、结构分析和飞机储备清关。设施包括高速、中速和低速风洞、水洞、级联测试设施、涡轮测试设施、UAS 集成实验室、模拟实验室和地面振动测试设施。典型活动包括无损检测、直升机结构和空气动力学技术、燃气涡轮发动机技术、空中武器流动和结构特性、储备运载和释放预测、计算流体动力学 (CFD)、国际地面振动测试 (GVT)、颤振分析和预测、颤振飞行测试软件和硬件系统、比实时任务模拟更快、实时飞行模拟、机械武器和储备集成以及飞机结构技术。
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