Jury : Prof. Grigorios Dimitriadis, University of Liège (adviser) Prof. Vincent E. Terrrapon, University of Liège (co-adviser) Prof. Koen Hillewaert, University of Liège (president) Dr. Romain Boman, University of Liège Prof. Laurent Joly, ISAE-SUPAERO Dr. Carlos Breviglieri, Embraer S.A. A.S. 博士Marco Carini, ONERA
本文重点介绍滑模观测器的设计,以估计晃动质量的位置和速度状态。这些状态随后用作姿态控制器的反馈信号。简单的比例微分 (PD) 刚体控制器无法安全地执行姿态命令,否则会遇到稳定性问题,即使在稳定状态下,非零晃动质量位置也会导致旋转角度抖动。通过晃动状态反馈,即使是非最优 PD 控制器也会在有限的执行器活动下表现出平滑的响应。然而,观测器的晃动模型参数的轻微不确定性会对控制器性能产生负面影响,从而增加液体的振幅和振荡行为。需要额外的观测器来估计正确的参数值。更强大的增量非线性动态逆控制器可以改善控制器响应,但需要进一步开发,例如,在反馈回路中加入陷波滤波器。
• 这三种力之间的相互作用可能导致多种不良现象: – 发散(静态气动弹性现象) – 颤振(动态气动弹性现象) – 极限环振荡(非线性气动弹性现象) – 涡旋脱落、抖振、驰振(非稳定气动现象)
研究超声速气流作用下复合材料层合板的气动弹性失稳问题,通过求解气动弹性特性的广义特征值问题进行分析。通常通过计算不同来流速度下层合结构的固有频率,得到层合板在气流作用下的临界失稳速度,这是由于层合结构刚度减小,导致结构失稳。应根据复合材料壁板所处的力学环境合理设计结构参数,避免在气流作用下出现结构失稳问题。活塞理论最初由Lighthill在Hayes对Tsien高超声速相似理论的扩展基础上发展起来。在壁板颤振研究中,为了更好地模拟实际的气动变化过程,许多研究者提出了各种气动计算模型,但这些气动模型的不足之处在于考虑了较为复杂的边界条件,因此方程的求解过程相当复杂。在结构力学的框架下,利用二维模型,利用活塞理论推导了能够预报超声速范围内先进结构壁板颤振的精细气动弹性模型。活塞理论被广泛应用于许多气动模型,它提供了体表某点处表面下洗流与气动压力之间的准定常点函数关系。这使得活塞理论成为一种计算成本低廉的空气动力学模型。在本论文中,CUF工具的高效性允许推导任意阶模型,Carrera统一公式允许使用紧凑统一的公式推导任何模型。强形式解和提出的CUF模型的有限元近似。本文推导了二维模型的FEM特征矩阵,基本核允许使用自动程序推导矩阵。有限元法(FEM)由于其多功能性和数值效率而仍然值得关注。已经解决了力学的各种问题,包括静态,自由振动和动态响应问题。通过求解气动弹性特性的广义特征值问题对其进行分析,并考虑了许多参数来研究它们对颤振边界的影响。关键词:有限元方法、活塞理论、气动弹性不稳定性、气动弹性、Carrera 统一公式、超音速、复合层压板。
摘要。已经开发了两种分析颤振解决方案方法来优化二维和三维飞机机翼结构,其设计标准基于气动弹性不稳定性。第一种方法使用二维机翼模型的开环结构动力学和稳定性分析,以获得优化过程的颤振、发散和控制反转的临界速度。第二种方法涉及使用假定模态技术的三维机翼结构颤振解决方案,并有效地应用于基于颤振标准的气动弹性优化。该颤振解决方案采用能量方程和 Theodorsen 函数来计算气动载荷,并且在设计变量方面是完全参数化的,这些设计变量是锥度比、后掠角、弹性和剪切模量。由于颤振解决方案需要弯曲和扭转固有频率,因此还分析了飞机机翼的自由振动分析。 AGARD 445.6 机翼模型在马赫数为 0.9011 时的颤振解分析结果与文献中的实验结果相符。接下来,将三维颤振代码与优化框架相结合,对 AGARD 445.6 进行基于颤振的优化,以最大化颤振速度。
1 美国佛罗里达州迈阿密佛罗里达国际大学土木与环境工程系。2 美国佛罗里达州迈阿密佛罗里达国际大学国际飓风研究中心极端事件研究所。3 黎巴嫩贝鲁特黎巴嫩美国大学土木工程系。
• 这三种力之间的相互作用可能导致多种不良现象: – 发散(静态气动弹性现象) – 颤振(动态气动弹性现象) – 极限环振荡(非线性气动弹性现象) – 涡旋脱落、抖振、驰振(非稳定气动现象)
摘要 机翼结构的刚度方向已成为飞机设计优化的一部分。A350 XWB 和波音 787 等飞机主要由此类复合材料组成,其刚度方向可以优化。为了进行这种刚度优化,这项工作的目的是修改和优化线性应力-应变关系。因此,胡克定律被多线性公式取代,以分析机翼结构上的任何非线性弹性结构技术。用于研究非线性行为的机翼结构是从中程和远程飞机配置中推导出来的。这些机翼采用扩展梁法进行分析,并与 VLM 解决方案相结合以计算气动弹性载荷。所提出的梁法能够分析任何多线性机翼结构技术。递减的结构行为显示出减少弯矩的良好潜力,而弯矩是结构重量的主要驱动因素之一。
业界普遍的做法是,通过根据 RTCA- DO160 或 MIL-STD810 等标准频谱对系统进行鉴定,以证明设计符合振动要求 (CS-25.301、CS-25.305 和 CS- 25.1309)。这种方法适用于非气动结构,但当机械系统嵌入高速气流中时,流体结构耦合效应引起的物理变化可能会使振动频谱不保守:正常运行期间结构的实际响应可能高于振动台上获得的响应。本研究展示了一个可以发现此事件的实际工程应用,并证实了流体结构耦合对系统结构响应的影响。使用加速度计监测 APU 进气系统的飞行和风洞测试振动,并与在振动台上进行的地面鉴定测试和 FEM(有限元模型)随机振动分析进行比较,结果表明实际激励高于地面测试频谱引起的响应。
业界普遍的做法是,通过根据 RTCA- DO160 或 MIL-STD810 等标准频谱对系统进行鉴定,以证明设计符合振动要求 (CS-25.301、CS-25.305 和 CS- 25.1309)。这种方法适用于非气动结构,但当机械系统嵌入高速气流中时,流体结构耦合效应引起的物理变化可能会使振动频谱不保守:正常运行期间结构的实际响应可能高于振动台上获得的响应。本研究展示了一个可以发现此事件的实际工程应用,并证实了流体结构耦合对系统结构响应的影响。使用加速度计监测 APU 进气系统的飞行和风洞测试振动,并与在振动台上进行的地面鉴定测试和 FEM(有限元模型)随机振动分析进行比较,结果表明实际激励高于地面测试频谱引起的响应。