CALCULATION OF AIRCRAFT DYNAMIC LOADS ON SHIP-DECK AND TEST VERIFICATION

舰载飞机的舰面动载荷是结构的临界设计载荷。针对常规方法下载荷计算的设计已不能满足舰载飞机非常规工况(例如弹射拦阻、自由飞钩住、偏心着舰等)载荷计算的设计要求的问题,研究和建立了一套完整的全机动载荷计算的设计方法和流程,并以某型飞机全机落震试验为例,通过与试验数据的对比分析,验证了该设计方法和流程的合理性和可行性。     

飞机舰面动载荷计算方法研究及试验验证

舰载飞机的舰面动载荷是结构的临界设计载荷。针对常规方法下载荷计算的设计已不能满足舰载飞机非常规工况(例如弹射拦阻、自由飞钩住、偏心着舰等)载荷计算的设计要求的问题,研究和建立了一套完整的全机动载荷计算的设计方法和流程,并以某型飞机全机落震试验为例,通过与试验数据的对比分析,验证了该设计方法和流程的合理性和可行性。     

起落架舱声场激励下的客舱地板减振设计研究

某型机在飞行过程中,起落架舱上方的客舱地板振动比较剧烈。本文首先对起落架舱的内部声场进行了计算,获得了舱内的非定常流场脉动信息以及舱内壁面的噪声频谱信息,此声场激励引发了气密地板的模态振动,导致气密地板和客舱地板振动比较剧烈;然后针对客舱地板的振动过度区域进行了减振隔振设计,并基于全机动力学有限元模型进行了仿真验证,优选了一套减振设计方案,使得客舱地板的振动响应水平明显下降,表明减振措施是合理有效的。     

航空结构动力学研究的进展与展望

飞机服役过程中,会经历地面滑行、空中机动等复杂的动态过程,飞机结构与系统在这些动态过程中将经受各类动态载荷的单独或联合作用,由此产生的结构动力学问题与飞机的服役安全和乘员的乘坐品质等直接相关,是航空工程中的关键技术难题。本研究梳理了军用飞机结构完整性大纲和结构强度规范,以及运输类飞机适航规章中的结构动力学相关要求,给出了结构动力学在航空装备研制流程中的相互关系,并从载荷、结构、响应和控制的角度,对航空结构动力学研究的主要问题进行了分类。从振动疲劳寿命预计与舒适性评估、振动主被动控制、复杂与极端环境结构动力学等几个重点方面,对航空结构动力学研究现状进行了综述,并结合未来航空装备研制的需求和振动新兴前沿技术的发展方向,对航空结构动力学的未来发展方向进行了展望。     

摩擦板式电流变阻尼器在抑制转子突加不平衡响应中的应用

设计了用于转子振动控制的摩擦板式电流变阻尼器,建立了电流变阻尼器－转子系统的分析模型,根据文献「７」中建立的突加不平衡模型,理论分析了电流变阻尼器抑制转子系统突加不平衡响应,计算分析结果发现：随着外加电压的升高,电流变阻尼器能有效地抑制突加不平衡响应。     

气动加载与振动激励耦合试验方法研究

飞机结构在飞行过程中同时承受气动载荷和振动载荷的联合作用,这两种载荷的耦合加载试验对于飞机结构成为一项重要的研究内容,所以有必要对此类试验的可行性及其耦合加载方式进行研究。此次试验以气囊加载静载/常规疲劳载荷状态下试件的振动响应测试为目的,设计符合试验要求的试件和整套试验装置。得到了气囊5种不同加载情况下试件振动响应变化情况,并对此试验结果进行了理论分析,得出以下结论:a)气囊模拟静载/常规疲劳载荷加载不会大幅改变结构本身振动特性,此耦合试验方法所模拟环境比较接近飞机结构真实载荷环境;b)加载气囊的个数、部位及加载力的不同对试件结构的振动响应有一定影响,应增加气囊蓄能器或在试验前进行分析以选择合理的加载点。     

热环境下复合材料壁板的振动特性分析

针对飞行器中常见的壁板结构,运用能量原理和变分方法,建立了定常温度场下复合材料壁板振动的控制方程以及相应的有限元分析模型。分析了热环境对壁板振动特性影响的机理,同时提出了一种针对热环境下复合材料壁板振动特性分析的线性化计算方法。采用这种方法,热环境的影响以一个热刚度项和一个热载荷项的形式出现在常温下的振动运动方程中,由此可以较准确地模拟热效应对结构振动特性的影响。通过对热环境下复合材料壁板振动固有特性数值分析结果的对比,验证了本文方法的可行性和计算精度。同时分析结果表明,热效应产生的诱导应力对结构刚度的影响是导致壁板固有振动频率降低的主要原因。     

直升机结构动特性建模技术研究

在直升机设计阶段通过建模分析进行全机动特性设计,准确地预测全机振动响应是控制和降低直升机振动水平的关键技术,本文以某直升机为研究对象,对机体结构的动特性建模技术进行了深入的研究.采用从部件到全机建模的研究策略,把整个机体分成尾段、舱门、机身段,分别进行有限元建模、动特性试验、相关分析、模型修改技术和建模准则的研究.在此基础上,对部件连接界面建模分析,组装修改后的各部件模型,建立全机动特性分析模型.通过对该机动力学建模、试验相关分析与模型修改,大大增强了分析模型的预测能力,达到了40Hz以内的频率误差小于11%的预测精度,突破了对直升机复杂结构建模关键技术,建立了适用于直升机结构动力学分析的建模准则,在该机动特性设计中取得了成功.     

缸套-活塞系统润滑行为与动力学行为耦合分析

建立了缸套-活塞系统油膜润滑与动力学行为耦合分析模型，并用数值方法进行了仿真计算，用有限元法计算了缸体的结构动力响应；通过采用有限差分法求解平均雷诺方程计算了缸套和活塞间的流体润滑特性，并探讨了活塞二阶振动的影响；采用顺序耦合的方法计算了考虑缸套-活塞摩擦、润滑与缸体结构振动、活塞二阶振动耦合作用的缸套-活塞间最小油膜厚度变化、摩擦力及摩擦功耗等．同不考虑缸体振动时的相应分析和计算结果对比发现，缸体结构振动对油膜润滑特性具有重要影响．     

飞机结构件振动环境试验技术初探

阐述了试验载荷谱、激励方式、夹具设计技术、振动控制等四个关键技术.介绍了飞机结构件振动环境与其它载荷及环境的综合试验,同时对振动环境试验的发展趋势作一探讨.     

地铁引发地面振动分析中阻尼矩阵构成模式的探讨

以某地铁区间线路为例,建立二维有限元分析模型,通过数值计算,分析了瑞利阻尼和柯西阻尼两种阻尼矩阵构成模式对地铁引发地面振动响应计算结果的影响,并与采用滞后阻尼假定的频域解进行了比较,讨论并提出了不同阻尼矩阵构成模式在地铁引发地面振动分析中的适用范围及有效性.数值结果表明:在地铁振动分析中,应选择结构基频和荷载卓越频率作为控制频率来确定阻尼瑞利矩阵.与瑞利阻尼模型相比,应用柯西阻尼模型能达到较好的计算精度,但会增大动力分析的计算量.     

独塔斜拉桥的环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点.本文以吉林市临江门大桥为工程背景,通过动力试验,研究了该桥在天然脉动荷载作用下的固有特性.采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的固有特性.有限元计算结果与动力试验结果比较吻合.结果表明,环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础.     

一种考虑结构非线性的连续突风气弹响应计算方法

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。     

运七飞机座舱的压电主动振动控制实验研究

由于实验规模与复杂性的限制 ,将压电材料用于实际飞机振动主动控制的实验研究极少 ,因而缺少对其实用潜力的探讨。为评估压电陶瓷在实际飞机结构上用于减振的可行性和效果 ,以运七飞机座舱壁板为试件 ,实地进行了基于准独立模态控制策略的主动振动控制实验 ,取得理想的控制效果 ;表明了建模和控制方法的正确性与有效性 ,同时反映出压电结构的应用潜力和前途是十分广阔的     

二自由度结构受迫非线性振动响应的数值计算

本文研究了由飞机尾部简化而成的二自由度结构受迫非线性振动,由于对复杂的运动方程不作进一步简化,方程中含有强非线性耦合项,首先采用数字滤波技术对系统受确定性激励的响应进行了计算;然后在数字模拟计算的基础上用嫁接的ITO积分方法对系统受随机白噪音激励的响应进行了计算。结果表明,ITO积分的综合嫁接方法有更高的计算效率,结果并表明系统的非线性耦合部分对响应有重大影响,是不能加以忽略的,本文的研究为多自由度非线性结构的响应计算提供了有用的思想和方法。     

飞机起落架舱内轮胎爆破压力场测试研究

飞机轮胎爆破压力场分布模型对于飞机轮胎强度计算和起落架舱内防护设计至关重要。本文开展某型飞机起落架舱内轮胎爆破试验研究,利用高频动压传感器测试防护罩上关键点处的压力值,建立了轮胎爆破气流场压力分布模型,最后采用有限元方法对防护罩结构进行数值模拟并与试验结果对比分析。结果发现,航空轮胎爆破时间短暂但威力巨大,起落架舱内轮胎爆破最大压力值随初始压力和爆破距离呈指数关系衰减。根据试验结果分别提出了斜交胎、子午胎的爆破压力场分布模型并对防护罩进行了数值计算,所得应变值与数值结果误差在12%以内,说明所提出的压力场分布模型可用于起落架舱内防护罩设计。本文所提出的试验方法及爆破压力场分布模型为起落架舱内防护设计提供了参考依据。     

一种用于振动疲劳试验研究的典型翼面模拟件

为开展飞机典型翼面结构振动疲劳问题及相关试验技术的研究,参考某型飞机垂尾翼面设计了其模拟件。在有限元分析软件Abaqus中建立其有限元模型,进行该模拟件的动力学分析和优化,使其模拟某飞机垂尾的前三阶模态。结合模态振型分析,给出一种确定单点振动载荷最优加载点的方法。窄带随机试验结果表明,模拟件达到了设计要求,可以用于某飞机垂尾翼面振动疲劳问题及相关试验技术的研究。     

航空轮胎爆破防护设计研究

飞机轮胎爆破引发的航空事故屡见不鲜,造成的事故甚至是灾难性的,因此民用飞机轮胎爆破防护设计必须通过适航认证.飞机起落架舱内布置有液压、压力信号器等系统关键设备,因此必须针对关键系统设备加装防护罩,保证在飞机轮胎发生爆破的情况下尽量减小对关键系统设备的伤害,以保障飞机系统安全.本文系统地研究了起落架舱内防护设计流程及方法,具体包括轮胎爆破防护设计准则和设计流程、轮胎爆破空气喷流模式试验研究、防护罩方案及防护验证试验技术等,航空轮胎爆破防护设计是系统性工作,本文的研究将对航空轮胎爆破防护设计提供一定的参考.     

高速流场中高频振动面板的能量辐射传递模型研究

为了考察高速流场对面板高频振动的影响,建立了高速流场环境中面板的能量辐射传递模型。针对高速流场环境中的二维面板,引入受高速流场影响的波数和群速度,建立了能量密度控制方程,推导了高速流场环境中面板的能量密度和能量强度的核函数。实源强度由导纳法计算得到的输入功率表示,虚源强度通过边界的能量平衡方程确定,根据惠更斯原理,板的能量响应由实源产生的直接场与虚源产生的反射场线性叠加得到。最后,通过将本研究所提能量辐射传递法(RETM)的计算结果与解析解对比,验证其正确性,同时分析了高速流场对板能量响应的影响。本研究为高速流场环境下飞行器面板的高频振动响应预测提供了一种有效的分析方法。     

周期光照下液晶弹性体简支梁的振动响应研究

液晶弹性体(LCE)因其具有快速的光热响应和可逆变形等特性,在能量转换、软机器人和非接触控制等领域具有广泛的应用前景。本文利用液晶弹性体在外部光刺激下可与机械变形耦合的特性,建立了LCE简支梁的动态模型,研究了其在周期光照下的弯曲振动现象。首先建立了LCE简支梁的光驱动控制方程,然后通过振型叠加法获得方程的半解析解,再用Matlab软件编程计算其变化规律。计算结果表明,周期光照可以使LCE简支梁发生周期性振动,梁跨中的振动幅值可以通过阻尼因子、热弛豫时间、光照强度、光照周期和光照时间率来调节,振动平衡位置可以通过光强与热弛豫时间来调节,振动反应时间可以通过热弛豫时间与阻尼来调节。本文结果对光驱动运动的控制和光机能量转换系统的设计具有一定的指导意义。