机翼的非线性气动弹性缩比优化方法

论文摘要

实验测试气动弹性缩比模型是飞行器发展过程中的重要任务。对于现代飞行器设计,大展弦比机翼是一个比较典型的设计,这类机翼的大展弦比、大柔性决定了其明显的结构几何非线性,并且在大变形条件下会对其气动弹性特性造成影响。所以设计出对应大展弦比机翼的考虑几何非线性的缩比模型成为了一项重要研究。本文利用ISIGHT优化平台集成有限元计算软件NASTRAN和数学分析软件MATLAB针对某大展弦比机翼进行了模态和颤振计算以及气动弹性缩比模型的优化设计。将通过DMAP语言编写的程序,基于“准模态”法思想配平计算出的非线性模型作为目标模型,分别使用传统的线性缩比方法以及基于等效静态载荷法的考虑几何非线性的缩比方法建立缩比模型。传统线性缩比方法通过质量和刚度耦合或者质量和刚度解耦后直接匹配模态和静响应,而本文使用的考虑几何非线性的缩比方法首先基于等效静态载荷法匹配全尺寸目标模型的非线性静变形完成刚度优化匹配,之后匹配配平后的模态完成质量优化匹配。算例结果显示,使用基于等效静态载荷法的考虑几何非线性的缩比模型比传统线性方法设计的缩比模型在各种飞行条件下都更能体现实际模型的非线性效应。同时讨论了该方法在不同初始条件下设计的缩比模型特性,结果显示这样设计的缩比模型依旧是受初始载荷条件影响的,还不能完全反映目标模型在所有不同条件下的非线性特性,选择合适的载荷条件,取对应误差较小的部分来研究实际模型的非线性特性,可以使研究结果更加精确。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 线性缩比方法研究
•     1.2.2 非线性缩比方法研究
•   1.3 本文研究内容
• 第二章 相似理论
•   2.1 引言
•     2.1.1 相似第一定理
•     2.1.2 相似第二定理
•     2.1.3 相似第三定理
•   2.2 方程分析法和量纲分析法
•     2.2.1 方程分析法
•     2.2.2 量纲分析法
•   2.3 线性气动弹性缩比模型相似理论
•     2.3.1 几何相似性
•     2.3.2 质量相似性
•     2.3.3 刚度相似性
•     2.3.4 气动相似性
•     2.3.5 重力相似性
•   2.4 非线性气动弹性缩比模型相似理论
•     2.4.1 应力和应变之间的关系
•     2.4.2 小变形的线性刚度矩阵
•     2.4.3 大变形的非线性刚度矩阵
•     2.4.4 预应力引起的几何刚度矩阵
•     2.4.5 几何非线性结构的相似关系
•   2.5 本章小结
• 第三章 线性气动弹性缩比模型设计优化
•   3.1 引言
•   3.2 MSC.NASTRAN和ISIGHT软件简介
•     3.2.1 NASTRAN软件简介
•     3.2.2 ISIGHT软件简介
•   3.3 线性气动弹性分析
•     3.3.1 结构特点
•     3.3.2 有限元模型
•     3.3.3 线性颤振分析
•   3.4 算例
•     3.4.1 固有频率的相似性
•     3.4.2 固有振型的相似性
•     3.4.3 线性缩比方法及模型
•     3.4.4 结果分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 非线性气动弹性缩比模型设计优化
•   4.1 引言
•   4.2 DMAP语言简介
•   4.3 非线性气动弹性分析
•     4.3.1 准模态法
•     4.3.2 非线性颤振分析流程
•   4.4 算例
•     4.4.1 全尺寸模型
•     4.4.2 非线性缩比方法及模型
•     4.4.3 结果分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 主要工作和结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘振东

导师: 韩景龙

关键词: 气动弹性,大展弦比,非线性,缩比模型,颤振

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 南京航空航天大学

分类号: V211.41

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000381

总页数: 66

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