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  • 水陆两栖飞机内流场结构冲击响应特性

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术基础学科 提交时间: 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要:
    水陆两栖飞机在航空消防领域具有独特优势,但其在水面高速滑行汲水和空中飞行灭火投水过程中,机体内部的运动水流会带来非定常水冲击效应。对于飞行器的流固耦合问题,以往的研究主要集中于机体外围流场与刚性飞机的相互作用,极少关注内部流场对结构变形和应力分布的影响。为此,根据水陆两栖飞机的使用模式,采用光滑粒子流与结构有限元耦合仿真的方法,开展全机主要影响区域的结构有限元建模和内流场建模,利用流固耦合方式求解机体弹性结构在汲水和投水内流场作用下的动态应力分布。结果表明:飞机高速汲水过程中,箱体结构持续受到内流冲击激励,结构各部位的应力不断变化,部分区域出现应力幅值较大幅度的振荡变化,且水箱隔板在某些时刻的最大瞬态应力达到0.38σb,最大振幅为0.42σmax; 飞机采用重力方式空中投水时,箱体结构受到的内流冲击激励相对较弱,端框最大瞬态增量应力为0.15σb,最大振幅为0.22σmax,结构增量应力水平不高,且应力振荡幅度较小。

  • 一种考虑结构非线性的连续突风气弹响应计算方法

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术基础学科 提交时间: 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要:
    连续突风气弹响应在工程中一般采用随机理论进行分析求解,通过将全机频响函数,与激励功率谱密度积分,即可得到各自由度均方根值。该方法基于频域线性求解,无法直接进行非线性响应分析。为此本研究基于匹配滤波器理论,提出了一套可考虑结构非线性的连续突风响应工程简化计算方法。通过引入突风滤波器,串联至全机气弹动力学系统,构成了连续突风的时域分析模型。针对所选取自由度的均方根值,通过匹配滤波器理论,计算得到一套各自由度“时间匹配”的响应,在此基础上,针对非线性结构模型,通过调整脉冲激励幅值,寻找最大的响应作为非线性结果,最终建立了一套适合于工程应用的、考虑结构非线性的连续突风响应计算方法。算例表明,本研究所建立的方法针对连续突风,可获得满足工程精度要求的各自由度“时间匹配”的响应,同时可用于结构非线性响应计算。

  • 典型钛合金壁板高温环境下振动疲劳分析与试验研究

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天科学技术基础学科 提交时间: 2024-02-07 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要: 振动和高温一直是影响飞机结构安全的重要因素,受到振动载荷和高温环境联合作用的飞机结构更容易出现疲劳破坏。本研究中的典型钛合金壁板结构形式包括加筋壁板和蜂窝壁板,通过改变壁板厚度、加筋间距以及结构连接方式,使用分析和试验的手段对壁板的振动特性、振动疲劳寿命及破坏部位开展规律性研究。研究发现,加筋壁板破坏部位出现在加筋或连接角片上,蜂窝壁板在8 h试验时间内未出现破坏,壁板厚度、加筋间距以及结构连接形式对壁板振动疲劳寿命影响较小。

  • 飞控系统与直升机振动耦合分析及验证

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间: 2023-12-15 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要:
    飞控系统与直升机之间产生耦合,会诱发或加剧直升机振动。国内对飞控系统与直升机耦合产生的振动问题认识较少,缺乏系统的介绍,出现相关问题时往往需要从各个方向逐步排查,花费大量的人力和时间,影响研制进度。本研究从直升机振动的角度出发,阐述了飞控系统与直升机之间耦合的两种模型,以此对耦合产生的振动问题进行分类,并对两大类问题的典型频率特征进行分析,对耦合问题的机理及关键影响因素进行归纳总结。针对飞控系统与直升机相互耦合后产生的振动问题,提出了一般的解决措施。以某型号直升机实际问题为例,说明飞控系统与直升机相互耦合后产生的振动问题的严重性,进一步分析飞控系统与直升机相互耦合的关键途径及影响的频率范围,同时证明了所提出的一般解决措施的有效性,可以为飞控系统与直升机相互耦合产生的振动问题快速处理提供借鉴。

  • 直升机操纵杆系振动疲劳试验研究

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间: 2023-12-15 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要:
    针对直升机操纵杆系支座的断裂故障,采用仿真与试验相结合的方法对某型直升机操纵杆系组件进行故障复现,提出一种考虑频率耦合效应的振动疲劳分析方法,为操纵杆系支座结构的抗振动疲劳优化设计提供了数据支撑。通过动力学仿真分析,确定了试验载荷的加载方向和结构危险位置。通过合理的试验规划,分析了不同载荷量级和不同结构特性对系统振动疲劳寿命以及破坏模式的影响。研究结果表明:在考虑频率耦合效应时,结构振动疲劳寿命对载荷量级的敏感性更高,且结构振动的时域响应中会出现明显的强共振区,强共振区在裂纹扩展过程中出现的时机对结构破坏模式有重要影响。

  • 基于飞行实测的大型飞机机翼载荷静气弹修正

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间: 2023-12-15 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要:
    大型飞机结构弹性会显著的影响到机体的载荷大小及分布,准确计算结构弹性引起的载荷变化对提高飞机设计水平具有重要意义。首先给出了一种机翼气动载荷静气弹理论修正方法,该方法应用工程梁理论计算机翼变形,应用涡格法计算变形引起的气动力增量,然后进行迭代直至收敛,用升力面理论对NACA-TN3030报告中的升力线理论进行了改进提高。通过风洞试验证明了该理论方法的准确性。在飞行试验中测量得到了机翼变形和飞行参数两方面的数据,分别以这两方面的数据为输入各自进行弹性修正计算,两种途径得到的结果相互验证,修正结果吻合较好,经过载荷修正后翼根弯矩降低了大约3%,该方法易于在工程中推广使用,对于减轻机翼结构重量有显著意义。

  • 机身对接修理构型疲劳与裂纹扩展寿命研究

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间: 2023-12-15 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要:
    基于三维有限元分析结果,提出了机身对接修理构型的疲劳与裂纹扩展寿命快速评估方法。考虑摩擦及铆钉预紧力,建立了不同修理构型三维有限元模型。基于计算结果得到了铆钉钉载随孔边裂纹长度变化的函数表达式。基于权函数法提出了对接构型孔边裂纹应力强度因子快速分析方法,并建立了相应的裂纹扩展寿命分析方法。对4种不同对接修理构型进行疲劳和裂纹扩展寿命分析,结果表明:危险位置均位于蒙皮头排铆钉,不同修理构型的头排铆钉钉载差异较大; 增加铆钉排数和阶梯状布置加强板可降低头排铆钉钉载; 减小头排铆钉钉载可显著提高疲劳寿命,但对裂纹扩展寿命改善效果较小。

  • 近地引力波编队构型设计与初始化方法研究

    分类: 航空、航天科学技术 >> 航空、航天系统工程 提交时间: 2023-12-15 合作期刊: 《应用力学学报》

    摘要: 近地小型化引力波探测编队研制周期短、成本低,适合于引力波项目前期的关键技术验证,具有重要的工程应用价值。不同于深空环境,近地引力波编队受地球非球形引力摄动影响显著,星间距离易产生发散致使任务失败。因而相对于典型的深空引力波探测编队,近地引力波探测编队在无控状态下的自然稳定编队构型设计及其构型精确初始化是一个全新的轨道设计与控制问题。本研究以二体引力场下的轨道动力学和相对运动动力学为基础,对正三角形编队构型进行初步设计。再以构型长期稳定为目标,从摄动解析理论和智能优化的数值搜索方法对摄动条件下的自然稳定构型进行求解,为近地引力波探测编队提供了稳定的构型设计方案。最后,针对探测构型的精确初始化问题,探索了全局最优的微分校正策略,实现了近地引力波探测编队的高精度构建。